Всё самое интересное в одном журнале. Интересные факты о робототехнике

05.07.2019

Робототехника - прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.

Слово «робототехника» (в его английском варианте «robotics») было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 году.

Робот (чеш. robot, от robota - подневольный труд или rob - раб) - автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма.

Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.

“Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций.” И. М. Макаров, Ю. И. Топчеев. “Робототехника: История и перспективы”

Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными. В настоящее время впромышленном производстве широко применяются различные роботы, внешний вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от «человеческого».

История

Сведения о первом практическом применении прообразов современных роботов - механических людей с автоматическим управлением - относятся к эллинистической эпохе.

Тогда на маяке, сооружённом на острове Фарос, установили четыре позолоченные женские фигуры. Днём они горели в лучах солнца, а ночью ярко освещались, так что всегда были хорошо видны издалека. Эти статуи через определённые промежутки времени, поворачиваясь, отбивали склянки; в ночное же время они издавали трубные звуки, предупреждая мореплавателей о близости берега.

Прообразами роботов были также механические фигуры, созданные арабским учёным и изобретателем Аль-Джазари (1136-1206). Так, он создал лодку с четырьмя механическими музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте.

Чертежи Леонардо да Винчи

Чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн, скорее всего, основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианском человеке. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота.

С начала XVIII века в прессе начали появляться сообщения о машинах с «признаками разума», однако в большинстве случаев выяснялось, что это мошенничество. Внутри механизмов прятались живые люди или дрессированные животные.

Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. Он также изготовил механических уток, которые, как говорили, умели клевать корм и «испражняться».

Виды роботов

Промышленные роботы
Появление станков с числовым программным управлением привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков.

Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Несмотря на их высокую стоимость, численность промышленных роботов в странах с развитым производством быстро растёт. Основная причина массовой роботизации такова:

«Роботы выполняют сложные производственные операции по 24 ч в сутки. Выпускаемая продукция при этом имеет высокое качество. Они… не болеют, не нуждаются в обеденном перерыве и отдыхе, не бастуют, не требуют повышения заработной платы и пенсии. Роботы не подвержены влиянию температуры окружающей среды либо воздействию газов или выбросов агрессивных веществ, опасных для жизни человека».

Медицинские роботы
В последние годы роботы получают всё большее применение в медицине; в частности, разрабатываются различные модели хирургических роботов.

Ещё в 1985 году робот Unimation Puma 200 был использован для позиционирования хирургической иглы при выполнении биопсии головного мозга, проводившейся под управлением компьютера.

В 1992 году разработанный в Имперском колледже Лондона робот ProBot впервые осуществил операцию на предстательной железе, положив начало практической роботизированной хирургии.

Робот Da Vinci

С 2000 года компания Intuitive Surgical серийно выпускает робот Da Vinci, предназначенный для лапароскопических операций и установленный в нескольких сотнях клиник по всему миру.

Бытовые роботы

Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.

Робот-пылесос iRobot

В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.

Всё большую популярность набирают роботы-уборщики (по своей сути - автоматические пылесосы), способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

Боевые роботы

Боевым роботом называют автоматическое устройство, заменяющее человека в боевых ситуациях или при работе в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т. п.

Беспилотник

Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли).

В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.

В Технологическом институте Джорджии под руководством профессора Хенрика Кристенсена разработаны напоминающие муравьёв инсектоморфные роботы, способные обследовать здание на предмет наличия там врагов и мин-ловушек (доставляются к зданию «главным роботом» - мобильным роботом на гусеничном ходу).

Получили распространение в войсках и летающие роботы. На начало 2012 года военными во всём мире использовались около 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих роботов; 45 стран мира разрабатывало или закупало военных роботов.

Роботы-учёные

Первые роботы-учёные Адам и Ева были созданы в рамках проекта Robot Scientist университета Аберистуита и в 2009 году одним из них было совершено первое научное открыти.

К роботам-учёным безусловно можно отнести роботов, с помощью которых исследовались вентиляционные шахты Большой Пирамиды Хеопса. С их помощью были открыты т. н. «дверки Гантенбринка» и т. н. «ниши Хеопса». Исследования продолжаются.

Система передвижения

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсный или гусеничный движитель (примерами подобных роботов могут служить Warrior и PackBot).

Реже используются шагающие системы (примерами подобных роботов могут служить BigDog и Asimo).

Роботы BigDog

Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.

Внутри помещений, на промышленных объектах роботы передвигаются вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям, по трубам используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками.

Также известны роботы, использующие принципы движения живых организмов - змей, червей, рыб, птиц, насекомых и других типах роботов бионического происхождения.

Робот Tuna

Система распознавания образов

Системы распознавания уже способны определять простые трехмерные предметы, их ориентацию и композицию в пространстве, а также могут достраивать недостающие части, пользуясь информацией из своей базы данных (например, собирать конструктор Lego).

Двигатели

В настоящее время в качестве приводов обычно используются двигатели постоянного тока, шаговые электродвигатели и сервоприводы.

Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля), которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.

Математическая база

Робот Aibo

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трёхмерном мире: робот-собака Aibo под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец, самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами (погремушками в детском манеже). Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.

Системы построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучом широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересечённой местности с учётом неожиданно возникающих препятствий).

Внешний вид

В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики «лица» роботов.

В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного выражать свои эмоции - счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение - с помощью жестов и мимики.

Робот KOBIAN

Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги.

Производители роботов

Существуют компании, специализирующиеся на производстве роботов (среди крупнейших - iRobot Corporation). Роботов также выпускают некоторые компании, работающие в сфере высоких технологий: ABB, Honda, Mitsubishi, Sony, World Demanded Electronic, Gostai, KUKA.

Проводятся выставки роботов, напр. самая крупная в мире International robot exhibition (iRex) (проводится в начале ноября раз в два года в Токио, Япония).

Роботы активно входят в нашу жизнь. Они помогают человеку на сложном производстве, в быту, в учебе. Даже у детей сегодня есть забавные игрушки-роботы, которыми порой увлечены не только сами малыши, но и их родители. Многое кажется нам, людям 21 века, вполне естественным, и мы не задумываемся о его происхождении, хотя зачастую даже самые незначительные вещи имеют увлекательную историю. В данной заметке мы собрали несколько интересных фактов из истории робототехники .

1. Понятие «робот» появилось в 1920 году

Карел Чапек в своей книге «Россумские Универсальные Роботы» впервые назвал роботами человекоподобные механизмы, занимающиеся тяжелым трудом.

Изначально он хотел назвать их «лаборами» (в переводе с латинского языка «labor»- труд), но решил, что это неподходящее название. По слухам, Карел уже начал впадать в депрессию от того, что никак не мог придумать название своим созданиям. На помощь ему пришел брат, предложивший название «робот»,что в переводе с чешского языка означает тяжелый труд, каторга. Это понятие и укрепилось в большинстве стран.

2. В 1495 году Леонардо да Винчи смоделировал механического рыцаря

Легендарный Леонардо за свою жизнь успел оставить свой след во многих научных областях. Не обошел он стороной и робототехнику.. В 1950 году нашли чертежи Леонардо, которые он сделал приблизительно в 1495 году, и воплотили его идею в жизнь. На них была изображена подробная схема робота-рыцаря. Рыцарь управлял руками, двигала головой, мог вставать и садиться и управлять забралом. Доныне остается неизвестно собрал ли изобретатель своего «рыцаря» или нет.

3. В 1927 г. в Нью-Йорке продемонстрировали первого «говорящего» робота

Изобретатель из Америки Д. Уэксли презентовал своего робота на Всемирной выставке в Нью-Йорке. Робот мог совершать простые движение, и даже воспроизводить некоторые фразы.

4. В 18 веке создана механическаяe утка, способная «переваривать» пищу

В 1738 году изобретатель из Франции Жак де Вокансон сконструировал «робота-утку». «Утка», состоявшая более чем из 400 различных деталей, могла махать крыльями, чистить перья клювом, плавать и крякать. Однако самая удивительная её особенность состояла в том, что она могла клевать зерна и «переваривать» их с помощью специальных химических резервуаров, а спустя какое-то время опорожняться.

» робот, которое сегодня известно каждому, когда-то было неологизмом. И придумал его не Айзек Азимов, как можно было бы предположить, а намного более далекий предшественник фантаста – Карел Чапек, в свое время написавший пьесу про роботов. Поначалу механические существа, созданные человеком, назывались у Чапека «лаборами» (от латинского варианта слова «работа» — labor). Но слово ему чем-то не нравилось. Переделать лаборов в роботов, взяв за основу родное слово robota, писателю предложил брат. Кстати, на чешском оно означает не простой труд, а изнурительный, отнимающий все силы.

Идея Чапека очень понравилась инженерам, и уже в 1927 году мировой общественности был представлен простейший робот, который мог выполнять элементарные движения и произносить несколько фраз. Машину разработал американец Д. Уэксли.

Известно, что самое простое в управлении животное-перевозчик – верблюд: с ним без труда справляются даже дети. До недавних пор именно они и работали жокеями в Катаре и Арабских Эмиратах. А когда эксплуатацию детского труда отменили, на спины животных стали сажать маленьких роботов-жокеев, которых можно контролировать дистанционно. Верблюды слушаются электронных наездников так же, как человека.

Первого робота, как и очень многие другие приспособления современного мира, придумал великий Леонардо . В его документах обнаружены чертежи машины, имитирующей поведение человека и имеющей сходную с ним внешность. Успел ли да Винчи перейти от чертежей к делу и приступить к разработке своего творения, неизвестно.

Кроме знаменитой «I’ll be back», Терминатор в исполнении Шварценеггера произносит еще одну коронную фразу: «Мне нужна твоя одежда», обращенную к байкеру. Как раз в том случае создатели фильма не были первооткрывателями. В 1979 году на советские экраны вышел фильм «Приключения Электроника», где мальчик-робот обращается к своему человеку-близнецу со словами «Мне нужна твоя форма». Правда, добывает наряд намного более мирным путем.

Канадские свиноводы придумали отличный способ спасения поросят. Известно, что в большом свином выводке происходит своего рода «естественный отбор»: одна-две самые слабые хрюшки, которым недостает внимания мамы, обязательно погибают. Именно для них и придумали робота-няньку, который и покормить не забудет, и обогреет почти как мамочка.

Среди современных роботов-карликов – малыш, созданный в 1992 году специалистами Seiko Epson. Сантиметровое устройство весит всего полтора грамма.

Роботы приносят человеку не только пользу – они способны его убить. В 1981 году на предприятии Kawasaki погиб рабочий. Виновником его смерти стал именно робот. А в 2008 году робот помог своему хозяину – 81-летнему жителю Австралии – добровольно уйти из жизни, то есть совершил эвтаназию. Примечательно, что пожилой человек сконструировал своего будущего убийцу сам.

Гарри Каспаров считается одним из самых непобедимых шахматистов за всю спортивную историю игры. Он практически не уступал людям, а вот перед мастерством робота Deep Blue оказался бессилен.

Начнем с того приятного для нас факта, что слово «робот» славянского происхождения, от чешского robota . Автор - Карел Чапек, в его пьесе «R.U.R.» роботами называются синтетические люди-слуги немеханической природы.
Японец Хироси Исигуро специализируется на построении андроидов, максимально похожих на людей: с реалистичной внешностью, плавной мимикой, голосом. Он назвал их «геминоиды» (от лат. Geminis - близнецы) и мечтает, чтобы у каждого японца был свой дистанционно управляемый робот - как в недавнем фантастическом фильме «Суррогаты», консультантом которого, кстати, был как раз Исигуро. Однажды Исигуро попробовал отправить своего андроида вместо себя читать лекцию. Но андроида не пустили на самолет, чем расстроили хозяина. «Что делает человека человеком?! Неужели наличие желудка, или печени, или легких?» - вопрошал он.
Почему роботы иногда пугают нас? Японский исследователь Масахиро Мори в 1978 году открыл эмпирический закон, известный как «Страшная долина» (Uncanny Valley ). Он проводил опрос и выяснил, что чем больше робот похож на человека, тем привлекательней он нам кажется - но только до определенного предела. Робот, очень похожий на человека, но имеющий изъяны в мимике, движениях, внешности, начинает нас пугать, мы перестаем понимать, кто же перед нами - робот или полуживой зомби. Спад на графике привлекательности и называется «Страшной долиной». Проблема особенно актуальна для разработчиков человекоподобных роботов. Есть два способа преодолеть «Страшную долину»: сознательно делать роботов не очень похожих на человека, безликих, но симпатичных (пример - французский робот NAO), либо делать высококачественных андроидов, которых уже трудно отличить от людей (пример - последние версии геминоидов).
Одно из модных направлений современной робототехники - мягкие роботы. Имеются в виду роботы с мягкими частями тела: роботы-гусеницы, роботы-осьминоги. Для их создания требуется кропотливое изучение живых существ, а также применение необычных материалов: пластика, резины и даже сплава с эффектом памяти. Это переворачивает представления о роботах как о неуклюжих ящиках на колесах с моторчиками.
Если для компьютера способом показать превосходство над человеком была игра в шахматы, то для роботов эта игра, безусловно, футбол. Ассоциация робофутбола своей целью провозгласила победу команды роботов над командой людей в 2050 году. Однако пока регулярные чемпионаты роботов-футболистов выглядят комично: игроки двигаются очень медленно, постоянно спотыкаются, роняют друг друга. Но делают они это полностью автономно, и даже такие соревнования - большой успех.
Одна из самых громких разработок последних лет - двурукий домашний робот с открытым исходным кодом PR2 от компании Willow Garage . Его стоимость составляет 400 тыс. долл. В 2011 году 11 таких роботов были по итогам конкурса заявок направлены в ведущие институты мира, с условием, что разработки будут открыты для использования всеми желающими. Это в основном американские и европейские (Германия, Бельгия) учебные заведения, и только один университет из Токио. Результаты такого краудсорсинга вскоре принесли плоды: робота научили приносить пиво из холодильника, открывать дверь, ездить в лифте, играть в бильярд и многому другому. Самое впечатляющее действие запрограммировали в университете Беркли (Калифорния) - робот может аккуратно сворачивать и укладывать полотенце. Вот только уходит на это 25 минут.
Роботы становятся доступны буквально на глазах. Совсем недавно компания Unbounded Robotics («Робототехника без границ») представила нового робота - аналог PR2. Его стоимость всего 35 тыс. долл. - компания сознательно делала ставку на удешевление. Правда, у него всего одна рука и сделан он из более дешевых компонентов.
Удешевление роботов, их возрастающая доступность делают возможным развитие программного обеспечения для них. Так, в последние 5 лет возникли специальные операционные системы для роботов - ROS, Urbi , NAO OS. Обычно они основаны на Linux и включают в себя модули зрения, речи, взаимодействия с механикой робота. Открываются магазины приложений для роботов - наподобие AppStore и Google Market , пока в них почти все приложения бесплатны. Появляются робототехнические симуляторы, учитывающие физику и содержащие обширные библиотеки моделей роботов.
О том, что рынок роботов динамично развивается, говорит интерес к нему бизнеса. Так, глава компании Mail.Ru Дмитрий Гришин намерен инвестировать 25 млн долларов в робототехнические компании. Он уже вложил деньги в несколько компаний - инкубатор робототехнических стартапов Bolt , магазин приложений Robot App Store , роботов телеприсутствия Double Robotics , орбитальные спутники NanoSatisfi . Показательно, что в этом списке нет ни одной российской компании.
К сожалению, в России робототехнике не уделяется достаточного внимания. На робототехнической выставке в Сколково в этом году не было ни одной сколковской разработки, только приглашенные участники, а основными спикерами были иностранные ученые. Вице-премьер Рогозин пообещал премию тем, кто сделает аналог военного робота PETMAN, но его слова о господдержке робототехники расходятся с реальностью - в вузах продолжается сокращение бюджетных мест на специальности, связанные с робототехникой и искусственным интеллектом.

Само слово «робот» появилось благодаря известному чешскому писателю Карелу Чапеку, написавшему в 1920 году научно-фантастическую пьесу «Р.У.Р.» – «Россумские Универсальные Роботы». Сначала Чапек хотел назвать механических созданий «лаборами» (от латинского слова “labor” – труд), но это слово показалось ему не слишком подходящим. Йозеф, брат писателя, посоветовал ему другое название – «робот», образованное от чешского “robota”, которое означает тяжелый каторжный труд (такой, каким занимались человекоподобные механизмы в пьесе «Р.У.Р»). Название оказалось удачным и прочно вошло в большинство языков мира. Хотя, если быть точным, то создания из произведения Чапека – это, скорее, андроиды.

Первый в мире чертеж робота, напоминающего своим обликом человека, был создан Леонардо да Винчи в конце XV века. В 1950-х годах были найдены бумаги великого изобретателя, среди которых оказалась и подробная схема создания механического рыцаря. Искусственный человек, спроектированный да Винчи, мог стоять, сидеть, двигать руками, кивать головой и открывать/закрывать забрало своего шлема. К сожалению, до сих пор неизвестно, построил ли Леонардо действующую модель робота или она осталась только на бумаге.

Первый «говорящий» робот, умеющий совершать несложные движения и произносить по команде человека определенные фразы, появился в 1927 году. Его создатель, Д. Уэксли, сконструировал его специально для Всемирной выставки, проходившей тогда в Нью-Йорке.

Немецкая группа “Compressorhead”, играющая хэйви-метал, имеет одну интересную особенность: все четыре входящих в нее музыканта – роботы, вполне успешно играющие на «человеческих» инструментах.

Сейчас в армиях мира «служит» 15 тысяч роботов: 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих.

С 21 по 23 июня 2010 года в Китае прошли Первые Олимпийские игры роботов-андроидов. Роботы из разных стран состязались в различных видах спорта, начиная футболом и заканчивая битьем по барабанам. Правда, некоторые виды, к примеру, робобокс, пока не кажутся зрителям интересными – уж больно медлительны участвующие в них «спортсмены»!

Роботы-убийцы существуют не только в фантастических боевиках. Первым человеком, погибшим от руки робота, стал Роберт Уильямс. В 1979 году он работал на заводе «Форд Моторз» на погрузке деталей. Когда робот-погрузчик вдруг сломался, Роберт попытался его самостоятельно починить. Внезапно робот «ожил», взмахнул манипулятором – и разбил рабочему голову. Двумя годами позже на заводе Kawasaki по вине сломавшегося робота погиб инженер по имени Кэндзи Урада. Интересно, что именно Ураду многие считают первой жертвой роботов, при этом забывая про несчастного Уильямса.

В некоторых странах Ближнего Востока роботы спасли детей от непосильного труда. Дело в том, что в государствах типа ОАЭ или Катара очень популярны верблюжьи скачки. Управлять хорошо обученным верблюдом жокею очень просто, поэтому раньше в качестве наездников часто нанимались 4-летние дети, т.к. они весят меньше, чем взрослые. Самое ужасное, что детишек часто специально заставляли голодать, чтобы верблюдам было легче их нести на своей спине. К счастью, сейчас наездников-детей заменили миниатюрные роботы-жокеи с дистанционным управлением.

В психологии есть интересное понятие «эффект зловещей долины». Он заключается в том, что люди с симпатией воспринимают человекоподобных роботов, но лишь до определенного предела. Когда роботы становятся внешне чересчур похожими на человека, они начинают казаться нам отвратительными и пугающими из-за мелких, но значимых отличий. Именно из-за «эффекта зловещей долины» художники-мультипликаторы стараются изображать положительных персонажей не слишком похожими на людей. В противном случае дети будут бояться!

Ни и последний интересный факт: если ввести фразу “about:robots” в адресную строку в браузере Mozilla Firefox, то можно прочитать послание роботов к людям!