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 .
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.
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.
Изобретатель из Америки Д. Уэксли презентовал своего робота на Всемирной выставке в Нью-Йорке. Робот мог совершать простые движение, и даже воспроизводить некоторые фразы.
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.
1. Впервые слово «робот» употребил популярный чешский писатель Карел Чапек (Karel Capek) в пьесе «R.U.R.» о восстании машин (1921 г.). Само слово робот образовано от чешского слова «robota», означающего принудительный или крепостной труд. Роботы в пьесе Чапека были химическими, а не механическими.
2. Представьте, роботы научатся создавать новых роботов, свободных от человеческих болезней и пороков, и постепенно завоюют мир. Теоретически, это может произойти с развитием нанотехнологий – области науки и техники, занимающейся манипулированием материей на уровне отдельных атомов и молекул.
3. Киборги, полулюди полумашины, уже близко. Некоторые говорят, что они уже среди нас. Как вы думаете, можно назвать человека с искуственным сердцем киборгом? Учёные разрабатывают специальный роботизированный костюм (наружный скелет) для увеличения физической силы человека. Отличное применение такой костюм найдёт среди людей с ограниченными возможностями – инвалиды-колясочники смогут ходить. Тёмная сторона такой новинки – солдаты смогут сражаться дольше и лучше.
4. Учёные изучают и разрабатывают возможность коллективной деятельности роботов с индивидуальным интеллектом. В настоящее время специалисты даже устраивают футбольные матчи между командами роботов. Вдохновившись идеей коллективного поведения роботов, Дэниель Вилсон (Daniel H. Wilson) предлагает ужасающие сценарии в своей книге «Как пережить восстание роботов» (How to Survive a Robot Uprising): армия роботов, способных к принятию коллективных решений, эффективно охотится на людей, ведь если один робот замечает человека, все остальные тут же знают, где этот человек. Вилсон так же пишет о том, что приборы «умного дома» могли бы сговориться и убить хозяина.
5. Зловещая долина (Uncanny Valley) – гипотеза японского учёного Масахиро Мори (Masahiro Mori), согласно которой чем больше робот похож на человека, тем симпатичнее он кажется, но до определённого предела. Когда робот выглядит практически так же как человек, это вызывает страх у людей, потому что такой робот, напоминает живого мертвеца.
6. В то время как андроиды – человекоподобные роботы – доминируют в популярном представлении, многие роботисты полагают, что роботы будущего – это машины с ограниченной функциональностью, не похожие на людей. В качестве примера можно привести змееподобного робота, разработанного для поисков людей, погребённых под обломками в результате землятресения.
7. Армия США набирает в свои ряды роботов. Большинство роботов используются для того, чтобы разряжать придорожные бомбы. Агентство передовых оборонных исследовательских проектов США (Defense Advanced Research Projects Agency) спонсирует разработку автоматически-управляемых машин для работы в городской местности. Конгресс поставил цель – к 2015 году перевести на автоматическое управление одну треть наземных эксплуатационных боевах машин.
8. Многие американцы побаиваются роботов в отличие от японцев, считающих роботов одухотворёнными существами. «Если ты делаешь что-то, твоё сердце переходит в ту вещь, которую ты сделал», – сказал учёный Масахиро Мори в 2006 году – «A значит робот – это внешнее проявление тебя. Следовательно робот – твой ребёнок».
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».
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».
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.
Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.
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.
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.
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.
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
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).
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.
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).
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.
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).
Принадлежит Леонардо да Винчи.
Среди многочисленных изобретений Леонардо да Винчи нашлись чертежи робота, который был запрограммирован имитировать человеческие движения (приподниматься и садиться, двигать руками и шеей) и имел анатомически правильное строение челюсти. Технология была разработана в 1495 году, а обнаружена лишь в 1950-х годах.
Робот-рыцарь Леонардо да Винчи
2. В 18 веке была создана механическая 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.
Робот-утка
3. В первой половине 18 века была создана первая кукла-робот, умеющая писать произвольно заданный текст
Швейцарец Пьер Жаке-Дроз во второй половине 18 века для рекламы собственной марки часов создал несколько «автоматонов», самых совершенных роботов того времени. Самый сложный автоматон «Каллиграф» состоял из 6 000 деталей и умел писать фразу длиной до 40 букв гусиным пером, которое он макал в чернильницу. Причём текст фразы можно было задавать произвольно на специальном колёсике.
Автоматон «Каллиграф»
4. Понятие «робот» появилось в 1920 году
Карел Чапек в своей книге «Россумские Универсальные Роботы» впервые назвал роботами человекоподобные механизмы, занимающиеся тяжелым трудом. В переводе с чешского слово «робот» означает тяжелый труд, каторга. Это понятие и укрепилось в большинстве стран.
Одной из новейших перспектив в современной науке является робототехника. Экраны телевизоров заполонили роботы, киборги и андроиды, которые зачастую представлены как агрессоры. Но так ли все обстоит в действительности?
Происхождение
Мало кто знает, но слово «робот» имеет славянские корни, так как произошло оно от чешского слова robota. Автором робота является Карел Чапек, который никогда не был исследователем. Впервые слово «робот» прозвучало в его пьесе «R.U.R.». в ней роботами именовались синтетические люди-слуги немеханической природы.
Андроиды
Впервые разработкой роботов, максимально схожих с людьми, занялся японец Хироси Исигуро. Именно он изобрел «геминоидов», отличавшихся реалистичной внешностью, плавной мимикой и голосом.
Японец мечтал разработать дистанционно управляемого робота, который был бы доступен для приобретения любому человеку. Неудивительно, что за такие идеи Исигуро пригласили консультантом в фантастический фильм «Суррогаты».
Однажды Исигуро решил проделать небольшой эксперимент и отправил своего андроида вместо себя читать лекцию. Но робота не пропустили на самолет, что очень расстроило изобретателя.
Зловещая долина
Японский исследователь Масахиро Мори решил заняться изучением страха перед человекоподобными роботами и в 1978 году ему удалось открыть эмпирический закон, который известен как «Страшная долина». Известно, что чем больше схожесть робота с человеком, тем больше он привлекателен для людей. А вот робот с изъянами не только отталкивает людей, но даже пугает их, так как напоминает им полуживого зомби.
Именно поэтому у разработчиков два выхода: либо делать высококачественных роботов, либо роботов, не похожих на людей.
Мягкие роботы
На сегодняшний день исследователи вплотную занялись разработкой мягких роботов. Примером тому могут служить роботы-гусеницы с мягкими частями тела. Вот только для того, чтобы максимально приблизить механизм к оригинальному, живому, необходимо время, а также множество необычных материалов, таких как пластик, резина и сплав с эффектом памяти.
Робофутбол
Постепенно роботы все больше начинают быть похожими на людей. Мало того, они даже начинают перенимать их хобби. Примером тому может послужить ассоциация робофутбола, цель которой при помощи команды роботов одержать победу над командой людей в 2050 году. Хотя до этого момента еще очень далеко, роботы проводят постоянные тренировки, за которыми очень интересно наблюдать. Двигаются игроки очень медленно, а также очень часто спотыкаются и падают. Все их действия вполне автономны, что уже можно считать крупным успехом.
Домашний робот
Компания Willow Garage наконец представила на суд зрителей свою последнюю разработку, которой стал двурукий домашний робот. Стоит такой помощник около 400 тысяч долларов. 11 представителей роботехники по итогам конкурса были отправлены в ведущие институты мира, где разработки для него стали открыты всем желающим. Теперь робот умеет не только открывать дверь и ездить в лифте, но и играть в бильярд и приносить пиво, чему его научили одаренные студенты. Особыми умениями выделился робот, программированием которого занимались в институте Беркли, Калифорния. За 25 минут он способен аккуратно свернуть и сложить полотенце.
Роботы в обществе
Не так давно компания «Робототехника без границ» представила аналог PR2, стоимостью в 35 тысяч долларов. Правда сделан этот робот из дешевых средств и у него одна рука, да и зачем он вообще необходим, до сих пор остается загадкой.
Программное обеспечение
Из-за быстрого развития робототехники, уже встает вопрос о развитии программного обеспечения для роботов. Существуют специальные операционные системы для роботов ROS, Urbi, NAO OS, основанные на Linux. Многие из них включают в себя модули зрения, речи и взаимодействия с механикой робота. Также уже можно встретить специальные приложения для роботов.
