Робототехника: история и современность. Первый робот. Использование роботов в различных сферах деятельности. Каким был первый робот в мире? Происхождение слова "Робот"

Человечество всегда максимально старалось облегчить повседневную жизнедеятельность и работу. И в ходе этой эволюции возник класс машин - роботов, а вместе с ним и целое направление - робототехника. Одной из стран, в которой эта дисциплина развита наиболее активно, является Япония. Разработчики планируют применять роботов не только , но и в бытовых условиях. Ученые надеются, что уже в ближайшие десятилетия станут таким же привычным явлением, как использование смартфонов.

Однако с чего начинались робкие шаги истории робототехники?

I-III вв. н.э.

Здесь берет начало история роботов. Первые статуи богов с движущимися конечностям и головой в Древнем Египте, Вавилоне, Китае. Автоматический шар, созданный Архимедом, с отражением небесных светил. Автоматические системы Герона Александрийского для продажи святой воды.

Средние века

Наиболее популярными тогда были автоматические часовые механизмы и человеческие фигуры, которые двигались.

В 1495 году - проект Леонардо да Винчи - механический человек.

В середине 1700-го часовщики Пьер-Жаке Дро и его сын Анри-Луи Дро развивали автоматические системы. От имени последнего и произошло слово «андроид».

К 1805 году возникают механизмы, дающие начало созданию автоматических станков.

Увидела свет пьеса Rossumovi univerzální roboti («Россумские универсальные роботы») чешского автора Карла Чапека, которая дала миру слово «роботы» - создания, механически и интеллектуально совершеннее человека.

Наиболее широко и значимо в литературе тема робототехники раскрылась в , в цикле рассказов «Я, робот». Сейчас, кажется, о трех законах робототехники знает даже далекий от этой сферы человек.

1928 г. - «Мистер Телевокс» (автор - инженер Дж. Уэнсли, США) - робот-гуманоид, выполняющий движения по команде. Еще один робот - «Естествоиспытатель» (доктор Нисимура Макота) - андроид, положивший начало японской истории роботостроения. Умел двигать конечностями и головой:

Технический прогресс в робототехнике двигался в направлении систем совершенствования управления. Развитая система сенсоров характерна для таких робототехнических систем: Unimate, Hitachi, Westinghouse.

Период с 1970-го по 2000-й характеризуется активным ростом и развитием отрасли: использованием новых контроллеров, развитием языков программирования, запуском первых роботов в космос и возникновением машин, создающих роботов.

Двухтысячные годы ознаменовались .

В XII веке араб Аль-Джазире придумал и сконструировал несколько механических устройств, которые могли воспроизводить музыку. Однако как эти устройства выглядели, хорошо ли играли и можно ли их назвать первыми роботами, до сих пор неизвестно. В чертежах Леонардо да Винчи найдены изображения механического человека. Гений предполагал, что его устройство сможет сидеть и даже двигать . Немецкий философ Альбер Великий не просто изобрел, а еще и сконструировал робота, которого назвал железным слугой. Согласно некоторым источникам, устройство могло не только передвигаться и совершать несложные действия, но и отвечать на простые вопросы. Однако ученик философа по имени Фома посчитал железного слугу дьяволом и уничтожил изобретение своего учителя.

В XVII веке различными людьми создавались все новые и новые «разумные машины». Изобретатели уверяли, что их творения вскоре избавят людей от тяжелой работы. Однако во всех случаях оказывалось, что внутри механизма прятался живой человек. Известен случай, когда механический человек, созданный В. Кемпеленом, умел играть в шахматы. Однажды во время одной из партий стоявшие вокруг шахматного стола зрители бросились к выходу, где-то слышались крики «Пожар! Пожар!». Испугался и механический шахматист. Оказалось, что на ложную тревогу среагировал и человек, который управлял устройством. В 1738 году человекоподобного робота создал француз Ж. Вокнасон. Его творение умело играть на флейте. О дальнейшей судьбе данного андроида ничего неизвестно.

XX век

В 1927 году американский инженер по фамилии Уэксли принял участие во Всемирной выставке, проходившей в Нью-Йорке. Там он продемонстрировал свое изобретение – похожего на человека робота, который подчинялся голосовым командам и мог выполнять простые движения.

В середине XX века было преодолено стремление сделать роботов человекоподобными. Инженеры посчитали, что в ряде случаев гораздо удобнее передвигаться на гусеницах или на . В 50-х годах появились манипуляторы, управляемые человеком, которые облегчили работу с радиоактивными материалами. В 60-х годах был запатентован самоходный робот, представлявший собой тележку с камерой и микрофоном. Это устройство должно было проводить разведку в местах радиоактивного заражения и передавать информацию в штаб.

В 1962 году в США началась эра промышленного роботостроения. Роботы получили названия «Версатран» и «Юнимейт». Они были оснащены манипуляторами, похожими на руку человека, но большего сходства с людьми инженеры решили не делать.

Со временем появились инновационные роботы: разведчики, уборщики, официанты и даже робот-милиционер. Презентация последнего состоялась в 2009 году. Этот робот оснащен

Удивительно, но история робототехники , сравнительно молодой науки, насчитывает тысячелетия. Люди давно нуждались в помощниках, которые смогли бы взять на себя тяжелую, монотонную и опасную работу. С другой стороны, механизмы использовались и для развлечений.

В этих противоположных направлениях и развивалась сложная и увлекательная отрасль знаний, которая опирается на открытия во всех естественных и технических науках. Не последнюю роль в становлении робототехники играют информационные технологии.

Всякий робот - машина, но далеко не каждую машину можно назвать роботом.

Автоматы и приспособления, которые просто выполняют заложенную в них последовательность операций, не опираясь на данные из внешнего мира, к этой категории не относятся. Наличие простейших подобий органов чувств и системы обратной связи с тем, кто управляет механизмом, также обязательны. Но без достижений в области механики о робототехнике не шло бы и речи. Поэтому вначале следует вспомнить об инженерах далекого прошлого.

Древний мир

Еще до нашей эры Архимед создал механизм «коготь», который опрокидывал римские осадные суда. Герон Александрийский смастерил самоходную тележку, что передвигалась по заданной траектории с помощью системы из тросов и колышков. Деревянный голубь Архита из Тарента запускался в воздух паровой катапультой и мог пролететь до 200 метров.

Изобретения тех времен приводились в движение с помощью воды, пара, противовесов, зубчатых колес и рычагов, а в Китае - еще и ртути и взрывов пороха. Механические приспособления древности кажутся примитивными, но именно тогда греки заложили фундамент роботостроения и применили к этой сфере математические методы.

История робототехники в древности пестрит упоминаниями статуй богов с движущимися головами и руками: в Китае, Вавилоне, Египте такие творения повергали зрителей в трепет. Наука была тесно связана с религией, хотя цели их разнились. В Древней Греции ученые дышали свободнее, их прорывные идеи, порой дерзкие, опережали время.

Средневековье и эпоха Возрождения

В лоне католической церкви продолжалось развитие научной мысли. Богослов Альберт Великий, если верить легенде, смастерил андроида-служанку и механическую голову, которая могла разговаривать. Часовщики, как европейские, так и русские, создавали автоматы, в которых фигурки животных, людей и ангелов разыгрывали целые представления.

Тогда же появились сложные человекоподобные и зооморфные автоматоны: львы рычали и стегали хвостами, птицы пели. Леонардо да Винчи придумал схему железного человека и создал для французского монарха чудесного льва, который демонстрировал государственный герб на разорванной когтями груди, встречая короля. В Италии сохранились монах-автоматон, который мог ходить, держать распятие, осенять себя крестом и даже молиться, а также женщина-лютнистка инженера Хуанело Турриано.

Не только Западная Европа явила миру свои механические чудеса. Персидские ученые, братья Бану Муса собрали свыше сотни разнообразных устройств. Аль-Маради в XI веке и аль-Джазари в XIII написали труды по конструированию машин и тоже построили немало поразительных приспособлений. Есть неподтвержденные сведения о том, что умелые механики сделали для Ивана Грозного «железного мужика», правда, доказательств тому историки пока не нашли.

Это самый длинный период в истории робототехники. В средние века и позже знания тщательно документировались, поэтому до наших дней дошло множество чертежей и описаний. Тогда появились более эффективные пружинный и маятниковый механизмы, а размеры автоматов уменьшились. Эта тенденция сохранилась: каждое новое поколение машин меньше, энергию расходует экономнее и работает дольше.

Новое время

В этот период мастера явили миру поразительные плоды инженерной мысли. Механическая утка Вокансона клевала зерно и даже испражнялась. Андроиды работы Пьера-Жака и Анри Дро не просто двигались, а писали, рисовали и играли музыку.

Часы Кулибина могли посоперничать с творениями его европейских коллег: они не только отсчитывали время, но и показывали мини-спектакли и воспроизводили заложенные в них мелодии.

Зародилась бионика, которая черпает идеи из живой природы и воплощает их в технике. Об этом задумывался да Винчи, говорил Декарт, а Борелли, который преуспел на двух поприщах - врача и механика, - развил витавшую в воздухе мысль в труде «О движении животных». Правда, поначалу новое направление называлось ятромеханикой.

XIX-XX век

В позапрошлом веке появился ткацкий станок с перфокартами. Первый шаг к автоматизации промышленности открыл невиданные ранее перспективы робототехники. Электричество дало толчок машиностроению и способствовало появлению первых роботов, в том числе андроидов. Последние с тех пор будоражат умы творческих людей: писателей, режиссеров, художников, которые порой выдают ценные идеи вроде трех законов Азимова. Сам термин «робот» пришел в науку из пьесы чешского автора Карела Чапека.

Машины с программным управлением заменили людей на заводах, особенно на сборочных линиях и конвейерном производстве.

Датчики позволяют автоматам ориентироваться в пространстве и контролировать качество работы. Конечно, не все они способны принимать решения на основе анализа новых данных, но и не везде это нужно. Автоматизация освободила руки человека, позволив ему заняться другими разработками. Планетоходы, автономные космические и подводные аппараты, самонаводящиеся ракеты, роботы-ликвидаторы аварий недавно считались выдумками, но стали привычным явлением.

Наши дни

Современная робототехника развивается бурно, конструкции и алгоритмы становятся все совершеннее, интерфейсы удобнее. Роботы передвигаются по суше, воздуху, воде, в невесомости, обладают зачатками искусственного интеллекта, оснащаются датчиками, камерами, манипуляторами и системой обратной связи с оператором-человеком.

Они бывают огромными и крошечными, разных геометрических форм, зоо- и антропоморфными. Некоторые работают с неживыми предметами, иные же, в виде протезов, становятся частью живых организмов. Перспективы робототехники связаны с успехами науки, промышленности, военного дела, космонавтики, медицины и энергетики. Даже в быту и сфере развлечений не обойтись без роботов. Машины помогают людям шагать в будущее, о котором стоит мечтать.

История робототехники (видеопрезентация)

Процесс возникновения и формирования общественной мысли, создания и совершенствования роботов - универсальных автоматических устройств, наделенных определенными способностями, а также развития робототехники охватывает длительный исторический период от древних времен до современности и может быть разбит на 4 этапа.

Первый этап. Глубокая древность. Одно из ранних упоминаний об искусственном человеке - бронзовом великане по имени Талое, построенном Гефестом для охраны о.Крит от вражеского нашествия, - датируется III в. до н. э. Множество легенд имеется о глиняном колоссе Големе, обладавшем чудовищной физической силой и явившемся древним прообразом робота. По сведениям Каллистрата (III в. до н. э.) и Павзания (II в. до н. э.), механик и скульптор Дедал создал несколько механических статуй, среди них статую Афродиты, которые могли воспроизводить различные виды движений; утверждают, что все они были достаточно сложными механизмами.

Достоверные сведения о механических людях, созданных по образу и подобию человека, относятся к I в. и связаны с именем древнегреческого механика Герона Александрийского, оставившего несколько сочинений по механике, в частности, знаменитый "Трактат о пневматике", в котором он описал множество автоматов в виде движущихся фигур и поющих птиц. В своем труде об автоматах он писал, что древние обладали искусством их построения, при этом словом "автомат" Герон обозначал культовые и театральные устройства, центральную роль в которых играли подвижные фигуры людей. Например, им было создано устройство, с помощью которого "оживали" статуи, установленные в храме Дионисия: стоило запылать жертвенному огню, как фигуры бога Дионисия и его жены Ариадны начинали двигаться. Надо сказать, что приводы автоматов Герона представляли собой часто очень сложные механизмы с использованием гидравлических и пневматических устройств.

Итак, первый исторический этап движения человечества по пути создания роботов характеризуется обилием мифов и легенд о механических существах, а также созданием первых довольно совершенных для своего времени человекоподобных автоматов - андроидов, предназначенных главным образом для культовых и зрелищных целей.

Второй этап. Средние века. В различных регионах мира продолжает развиваться процесс разработки и создания различных автоматических устройств и человекоподобных механизмов - андроидов, отдельные образцы которых достигли высокой степени совершенства, служили эталоном высочайшего мастерства, продуктом самых совершенных технологий и научно-технических достижений своего времени.

В XIII в. заподноевропейские мастера сконструировали автоматические устройства: Р. Бэкон - модель "говорящей головы", А. Магнус - "железного человека". Высокое техническое мастерство проявили французские ремесленники, создав примерно в 1500 г. для Людовика XII механического, льва, который, когда его звали, приближался к королю, останавливался и почтительно поднимался на задние лапы.

К числу наиболее знаменитых создателей механических фигур средних веков относился французский механик Жак де Вокансон (1709-1782). Его "Порхающая утка", получившая наибольшую известность и сохранившаяся до наших дней, вытягивала шею, чтобы взять зерно из руки, проглатывала и переваривала его, пила, барахталась в воде, крякала, ее движения в точности имитировали движения живой утки. Особенно гордился Вокансон тем, что крылья утки были так точно воспроизведены, что к их устройству не смог бы придраться ни один анатом. Среди других моделей Вокансона получили известность "Пианист", который, играя на фортепиано, поднимал голову и имитировал дыхание, а также "Игрок, на флейте", который еще и пел, аккомпанируя себе и отбивая такт ногой. Вокансон мечтал построить модель человека с сердцем, артериями и венами, но смерть помешала достижению этой цели.

Современники Вокансона швейцарские часовщики Пьер Жаке-Дроз (1721-1790) и его сын Анри Жаке-Дроз (1752-1791) достигли высокого совершенства в создании автоматов - андроидов, некоторые из них сохранились до наших дней. Кстати, от имени Анри Дроза и произошло словосочетание "андроид". Образцом высочайшего технического мастерства может служить созданный Дрозом-отцом андроид "Писец" (1.1), сидящий за столом и аккуратным почерком выписывающий буквы и слова, плавно покачивающий головой и опускающий веки в такт движению руки. "Писец" мог быть запрограммирован на написание любого текста, состоящего не более чем из 40 букв, однако предпочтение чаще всего отдавалось знаменитому изречению Рене Декарта: "Cogito, ergo sum", что означает "Я мыслю, следовательно, существую". Пьер Жаке-Дроз достиг такого совершенства в создании автоматов, что однажды в Испании был схвачен инквизицией по обвинению в колдовстве. Созданная Пьером и Анри Дрозами "Девушка, играющая на клавесине", по восторженным описаниям современников, играет, шевелит губами, грудь ее поднимается и опускается при "дыхании", она смотрит на клавиши, в ноты, а иногда бросает взгляд на публику, по окончании игры встает и кланяется публике.

Свою лепту в создание подобных механизмов внесли и русские мастеровые. Так, знаменитый механик-самоучка И.П. Кулибин (1735-1818) в течение 3-х лет построил "Яичную фигуру" - универсальные часы, которые давали театрализованное представление в музыкальном сопровождении. Часовой механизм служил не только по своему прямому назначению, но и для автоматического включения в действие других механизмов, с помощью которых осуществлялись бой часов, движение фигурок и исполнение музыкальных мелодий.

Наряду с непосредственным натурным созданием различных автоматических устройств, воспроизводивших функции живых существ, в средние века довольно интенсивно закладывались основы и получили развитие соответствующие научные направления. Попытки установить соответствие между "механизмами и отдельными органами человека можно обнаружить еще в тетрадях Леонардо да Винчи (1452-1519). А знаменитый французский математик и философ Рене Декарт (1596- 165С) утвеждап, что тела животных представляют собой не что иное, как сложные машины; говорить то же самое о человеке по тем временам было небезопасно.

В XVI - XVII вв. на стыке физиологии и механики возникает новое научное направление, получившее название ятромеханики (от гр. t р т о е _ врач). Его выдающимся представителем был Дж. А. Бо- релли (1608-1679), врач и механик, профессор Мессинского университета, работа которого "О движении животных" была издана в Риме в 1680-1681 гг. посмертно. В ней на основе механических аналогий рассматривается работа мускулов сердца, кровообращения и других органов животных и человека, строится учение о законах их движения и функционирования, исходя из принципов механики. Учение Борелли развивалось и в XVIII в., в частности, Леонард Эйлер (1707-1783) и Даниил Бернулли (1700-1782) в своих первых работах, выполненных в стенах Петербургской Академии наук, рассматривали ряд вопросов тока крови в организме и движения мускулов, прибегая к механическим аналогиям. По существу, ятромеханика заложила основы современных научных направлений - биомеханики и бионики, играющих важную роль в развитии робототехники.

На рубеже XVIII и XIX вв. в трудах Л. Карно, Г. Монжа, X. Ланца и А. Бетанкура, О. Борньи, Ж. Ашетта, Ж. Кристиана возникает наука о машинах. В 1841 г. Р. Виллис определил понятие механизма, и с этого времени к машине начинают подходить как к объекту, требующему научного исследования.

Начало новому этапу в исследовании машин и механизмов положил российский математик, академик Петербургской Академии наук П.Л.Че- бышев (1821-1894), увязав вопросы структуры и синтеза механизмов в единое учение о построении механизмов на основе математических методов. В опубликованной им в 1853 г. работе "Теория механизмов, известных под названием параллелограммов" задачи теории механизмов были впервые описаны на языке математики.

Английский математик и логик Джордж Буль (1815-1864), разработал основы математической логики и создал так называемую Булеву алгебру, которая в дальнейшем легла в основу реализации всех выполняемых современными ЭВМ вычислительных и логических операций. Основная работа Д. Буля "Исследование законов мысли" была опубликована в 1854 г.

Промышленная революция, связанная с переходом от ручного производства к машинному и начавшаяся во второй половине XVIII столетия, активизирует изобретатвлей и переориентирует их творческие усилия на создание новых машин и устройств, совершенствование промышленных технологий. Именно в этот период начали закладываться основы промышленной автоматики, особенно в текстильной промышленности. Ж. Вокансон строил не только автоматы-андроиды, но и автоматические ткацкие станки. Еще в 20-е гг. XVIII в. Бушон и Фалькон из Лиона спроектировали ткацкие станки для производства шелковой ткани с рисунком, которые частично управлялись, выражаясь современным языком, с помощью перфокарт или перфолент. Впоследствии эти станки были усовершенствованы Вокансоном и французским изобретателем Жозвфом Мари Жаккардом (1752-1834), а в 1805 г. Жаккард создает автоматический станок, на котором с помощью перфокарт можно производить ткани с заранее запрограммированным рисунком. Только во Франции в течение 7 лет были введены в действие 10 тыс. таких станков.

Создание программируемых ткацких автоматов Жаккарда явилось одним из важнейших событий, определивших дальнейший технический прогресс промышленности и послуживших толчком к развитию робототехники. Другим не. менее важным событием стало создание первой вычислительной машины в почти современном значении этого слова. На основе способа программирования, примененного Жаккардом, идею вычислительной машины высказал, а затем развил выдающийся английский математик, экономист и механик Чарльз Бэббидж (1792- 1871). Свыше 37 лет он работал над воплощением своей идеи. В 1823 г. им была построена дифференцирующая машина и начата работа над более сложной. Разработанная в результате аналитическая машина по своим структурным особенностям была уже компьютером в современном понимании, имела почти все те же функциональные блоки, из которых состоят современные ЭВМ, а ввод данных осуществлялся с помощью перфокарт. Несмотря на то, что эта машина не была построена из-за ограниченных возможностей техники того времени, она по своим структурным особенностям на целое поколение предопределила направление развития вычислительной техники, а ее создатель

Ч. Бэббидж вошел в историю вычислительной техники как "отец вычислительной машины".

Итак, второй историчеокий этап развития робототехники характеризуется, с одной стороны, расцветом высочайшего технического искусства мастеров при создании сложных автоматических устройств, воспроизводящих функции животных и человека; с другой - началом разработки и внедрения в развивающееся промышленное производство весьма эффективных технологических устройств и станков-автоматов. Одновременно в этот период начинают формироваться соответствующие научные направления, заявляет о себе вычислительная техника.

Третий этап. Конец XIX - первая половина XX а На базе возросших научных и технических возможностей своего времени растет реализация потребностей общества и производства в различных автоматических устройствах. При этом намечается более явственный прогресс в приближении их к тому виду, который характерен для современных робототехнических устройств.

Роль своеобразного катализатора процесса берут на себя литература и искусство, многократно усиливая интерес общества к проблеме робототехники. Именно в этот период появляется много высокохудожественных научно-фантастических произведений литературы, ставится немало комиксов, мультфильмов и полнометражных кинолент, в которых андроиды, роботы, фантомы и иные творения человеческого воображения играют ведущие роли.

Само понятие "робот" приходит из художественной литературы. Впервыв его употребил как производное от чешского слова "robota" - барщина, принудительный труд, в своей пьесе "R. U. R." (Rossem"s Universal Robots - "Россумские универсальные роботы") знаменитый чешский писатель К. Чапек (1890-1938). В пьесе, поставленной 21 января 1921 г. в Пражском национальном театре, рассказывается о некоем Россуме, основателе фабрики, на которой биологическим путем выращивались роботы, отличавшиеся чрезвычайно высокой работоспособностью.

И хотя эти создания сегодня получили бы скорее название "андроиды", чем "роботы" (которые, как теперь принято считать, должны быть механическими), употребление слова "робот" стало повсеместным. "Роботы - это люди... они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души", - так определяет понятие "робот" один из персонажей пьесы.

Роботы не чувствуют боли, нв испытывают человеческих чувств и переживаний. Они созданы людьми только для выполнения тяжелой и опасной работы и в этом смысле превосходят людей по ловкости и физической ^иле. В обществе им отводится роль чернорабочих и солдат. Предприимчивые дельцы в погоне за прибылью налаживают массовое производство роботов, сами же люди перестают трудиться, и, по выражению одного из геровв пьесы, наступает "сплошная сумасшедшая оргия". В конце концов роботы от "ужаса и страданий обретают душу", прозревают и восстают. "Власть человека пала Захватив комбинат, мы стали владыками всего... Наступила новая эра! Власть роботов!". Таков исход пьесы.

Таким образом, К. Чапек не просто создал литературное произведение, но поставил и рассмотрел в художественной форме ряд фундаментальных вопросов робототехники - способов создания роботов, основные их характеристики, размеры производства и области использования, социально-психологические аспекты взаимоотношения роботов и людей, самовоспроизведение роботов.

Пожалуй, наиболее значительное место тема робототехники занимает в творчестве другого замечательного писателя-фантаста, американского ученого и популяризатора науки Айзека Азимова. В одном из своих рассказов, объединенных общим циклом "Я робот", А. Азимов в 1942 г. попытался впервые сформулировать основные принципы поведения роботов и взаимодействия их с человеком, исходя из категорий добра и гуманности. Эти принципы, названные тремя законами робототехники , гласят:

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием способствовать нанесению ему вреда.

2. Он должен исполнять приказы человека, кроме тех, которые противоречат первому закону.

3. Робот должен обеспечивать собственную безопасность, кроме тех случаев, когда это противоречит первому и второму законам.

Один из пионеров промышленной робототехники, основатель и президент робототехнической фирмы "Unimation", признаваемый "отцом современной промышленной робототехники", Джозеф Ф. Энгель- бергер считает, что три закона робототехники А. Азимова являются теми стандартами, которым должны следовать специалисты при создании современных роботов. Фантастические идеи и образы писателей в значительной мере предвосхитили тенденции научно-технического прогресса, а новое понятие "робот" стало в дальнейшем играть важную роль не только в литературе и искусстве, но и в науке, технике, производстве.

Благодаря всеобщему интересу к роботам, изобретателям и талантливым умельцам удается находить источники финансирования, разрабатывать и создавать оригинальные конструкции андроидов. Так, спустя 7 лет после премьеры "R. U. R." американский инженер Дж. Уэнсли сконструировал управляемый голосом робот "Мистер Телевокс", имевший внешее сходство с человеком, способный выполнять элементарные движения по команде, подаваемой голосом, и ставший экспонатом Всемирной выставки в Нью-Йорке. Выставку Британской ассоциации инженеров по моделированию в 1928 г. "открыл" робот по имени "Эрик", обратившийся к собравшимся с небольшой речью. В том же году под руководством доктора Нисимура

Макота создается первый японский робот, названный "Естествоиспытателем" й способный с помощью электропривода манипулировать руками и головой. Впоследствии этот андроид стали считать родоначальником роботостроения в Японии.

Первый отечественный робот-андроид В2М был создан в 1936 г. одаренным московским школьником Вадимом Мацкевичем и в 1937 г. был удостоен диплома Всемирной выставки в Париже. Ныне В.В Мац- кевич - кандидат технических наук, автор многих печатных трудов, в частности, увлекательной научно-популярной книги "Занимательная анатомия роботов", вышедшей в издательстве "Радио и связь" уже вторым изданием (1988 г.).

Однако все эти оригинальные устройства, являясь прорывом в сфере новой техники, яркой демонстрацией творческих возможностей человека, имели крайне ограниченное практическое применение. Решение технических проблем, связанных с использованием роботов в производственных процессах и научных исследованиях, было по существу нетронутым. Более того, оставалось совершенно неясным, какие задачи могут решать робототехнические устройства в промышленности. _

Если обратиться к роботам как к программно-управляемым многоцелевым автоматам манипуляционного типа, предназначенным для использования в промышленности или научных исследованиях, то одним из самых первых промышленных манипуляторов был поворотный механизм с захватным устройством для удаления заготовок из печи, разработанный в США Бэббитом в 1892 г. Дальнейшее усовершенствование этого устройства приводит к появлению предшественников современных роботов. Ими оказались интенсивно разрабатываемые в 1940-1950 гг., особенно в США, Франции и ФРГ, копирующие дистанционные манипуляторы для работы с опасными радиоактивными материалами. Одним из первых копирующих манипуляторов такого типа для обслуживания атомных реакторов, разработанный в США под руководством Р. Герца, благодаря силовому очувствлению, позволял использовать в качестве обратной связи как визуальную, так и силовую информацию, что значительно улучшало процесс управления и расширяло функциональные возможности устройства.

Появление таких манипуляторов сыграло важную роль в последующем развитии манипуляционных систем, передаточных механизмов, систем очувствления и аппаратных средств робототехники. Среди созданных в то время манипуляторов особую известность получили копирующие манипуляторы, разработанные Государственным научно- исследовательским институтом штата Орегон (США); предложенные им конструкции и принципы управления до сих пор находят применение во многих моделях роботов. И все же более прямыми предшественниками современных роботов можно считать программируемые краскораспы- лительные машины, разработанные в 1930-1940 гг. в США, например, машины Полларда и Розелунда, которые программировались путем записи сигнала от рычажного механизма, перемещаемого по заданной траектории.

Возросший экономический потенциал и потребности в современных видах вооружения ведущих промышленных стран в первой половине XX в. дают мощный импульс развитию науки и научно-технических направлений, без которых возникновение и прогресс современной робототехники стали бы невозможными. Речь идет прежде всего о вычислительной технике и кибернетике.

В 1936-1937 гг. английский математик Алан Мотисон Тьюринг (1912-1954) вводит концепцию "абстрактной вычислительной машины", ныне называемой машиной Тьюринга, способной с помощью простейших операций считывания и сдвига выполнять вычисления произвольной сложности и ставшей прообразом появившихся в конце 1940-х гг. универсальных вычислительных машин. Усилиями ряда талантливых ученых (Дж. фон Нейман, Г. Уолтер, У.Р. Эшби, К. Шеннон и др.) на основе изучения аналогий между нервной системой человека, вычислительными машинами и системами автоматического регулирования развивается теория алгоритмов, ставшая одним из теоретических истоков вычислительной математики, а затем кибернетики и робототехники.

На основе синтеза теории информационных процессов, вычислительной техники и функционально-вычислительного подхода создается кибернетика, определяемая как наука об управлении сложными динамическими системами (акад. А.И. Берг). Ее "отцами" называют выдающихся американских ученых - математика Норберта Винера (1894-1964) и нейрофизиолога Уоррена Мак-Каллока (1898-1969), а датой официального рождения считается 1948 г., когда вышла в свет книга Н. Винера "Кибернетика, или управление и связь в животном и машине"."

Логическим завершением периода формирования теоретических основ вычислительной техники стали работы выдающегося американского математика, одного из основоположников кибернетики Джона фон Неймана (1903-1957), именно ему принадлежит идея записи в память ЭВМ программы решения какой-либо задачи. Благодаря принципу хранения программ, вычислительные машины становятся универсальными. Первыми компьютерами, в которых был реализован неймановский принцип, были созданные в США электромеханический вычислительный калькулятор последовательного действия на электромагнитных релейных схемах Ховарда Эйкена (1944 г.) и первая действительно электронная вычислительная машина "ENIAC" (1947 г.), разработанная по контракту с Пентагоном в Пенвильванском университете под руководством Дж. Проспера Эккерта и Дж. Морли, основавших впоследствии знаменитую фирму IBM.

Не менее важное значение для развития вычислительной техники, кибернетики и робототехники имела другая работа Дж. фон Неймана - "Общая и логическая теория кибернетических автоматов", опубликованная в 1951 г. и посвященная принципам построения управляющих и вычислительных автоматических устройств. В своих трудах и лекциях он дал общую схему самовоспроизводящегося автомата - "машинной мастерской, которая при наличии достаточного количества сырья и времени будет изготавливать копии любой машины". Образ фантомного робота Неймана не раз встречается на страницах специальной литературы по робототехнике.

Уже с первых работ Дж. фон Неймана теория и практика электронных вычислительных машин начинают развиваться поразительными темпами, а изобретение транзистора в лабораториях компании "Bell Telephone" Джоном Бардином, Уолтером Бриттеном и Вильямом Шокли придает новый импульс этому динамическому процессу, позволившему в дальнейшем создать компактные и надежные компьютерные системы управления роботами.

Итак, третий этап становления робототехники отмечен возникновением и всеобщим признанием термина "робот", разработкой и использованием для нужд человека прямых предшественников современных роботов - дистанционных копирующих манипуляторов и программируемых автоматических устройств манипуляционного типа, а также стремительным развитием научных и прикладных основ вычислительной техники и кибернетики. Этот мощный научно-техни- ческий задел, следуя интересам и потребностям общественного развития, вывел на старт современную робототехнику.

Четвертый этап. Вторая половина XX в. Возникновение современных роботов следует отнести к 1959 г., когда в США были созданы первые промышленные манипуляторы с программным управлением, получившие общепринятое название промышленных роботов (ПР) и положившие начало коммерческому производству. В 1950-х гг. группа американских инженеров, начав работу над проблемой применения теории управления в решении общих задач оптимального перемещения оборудования, инструмента и материалов в производственном процессе, установила, что управление погрузочно-разгрузочными и транспортными механизмами и процессами может быть поручено компьютеру. Относительная простота программирования управляющего компьютера становится основой для создания гибкого оборудования, пригодного для эффективной работы в изменяющихся условиях производства. Такой подход и обусловил создание первых механических манипуляторов с программным управлением, т.е. промышленных роботов.

Первопроходцами здесь стали два талантливых американских инженера - Джордж К. Девол и Джозеф Ф. Энгельбергер. В 1954 г. Девол запатентовал в США способ перемещения предметов между Различными производственными участками на основе управляющей программы на перфокартах, аналогичных предложенным когда-то Бэббиджем. Изобретение было призвано решить, в.первую очередь, именно проблему гибкости, т.е. создания универсального транспортировочного устройства, легко перестраиваемого для выполнения других операций. В 1956 г. Девол вместе с Энгельбергером, работавшим тогда в одной из аэрокосмических компаний, организовали первую в мире робототехническую компанию "Unimation" ("Юнимейшн"), что означает "универсальная автоматизация" - сокращенное от "Universal Automation". В лаборатории этой компании и был создан первый в мире промышленный робот по патенту Девола, носивший скромное название "программируемое устройство для передачи предметов" и ставший прототипом последующих разработок. Фирма "Unimation" занимала ведущие позиции в мировой робототехнической промышленности вплоть до начала 1980-х гг., когда усилились позиции ряда других компаний, развивавшихся более динамично.

В начале 1960-х гг. первые американские промышленные роботы с торговыми марками "Unimate" (1.2) и "Versatran" (1.3), созданные соответственно фирмами "Unimation", "American Machine and Faundry" (AMF) и предназначенные для обслуживания технологических процессов - литья под давлением, ковки, механической обработки, точечной сварки, нанесения покрытий - поступили на промышленный рынок. Они представляли собой уже достаточно совершенные системы с обратной связью и контролируемой траекторией движения, имели числовое программное управление и память, как у ЭВМ. Уже в первых роботах "Unimate" и "Versatran" был реализован принцип программирования обучением. Человек-оператор с помощью ручки координат задавал последовательность точек, через которые должна была пройти "рука" за один рабочий цикл, а робот "запоминал" их координаты, после чего мог автоматически с большой точностью осуществлять перемещение от одной точки к другой в заданной последовательности.

Применение роботов в автомобильной и металлургической промышленности оказалось экономически выгодным: затраты на приобретение роботов "Unimate" или "Versatran" (25-35 тыс. дол. за изделие) окупались за 1,5 - 2,5 г. Как было сказано в одной из статей того времени, опубликованной в "Машинери мэгэзин", в американской металлообрабатывающей промышленности появился новый тип производственного рабочего, который не состоит в профсоюзе, не пьет кофе в обеденный перерыв, работает 24 ч. в сутки и не интересуется пособиями или пенсией. Он осваивает новую работу за несколько минут и всегда выполняет ее хорошо, никогда не жалуется на жару, пыль и запахи и не получает увечий. Это промышленный робот.

Первые коммерческие успехи применения промышленных роботов явились мощным импульсом для их дальнейшего совершенствования. В начале 1970-х гг. появляются роботы, управляемые компьютерами. Первый мини-компьютер,управляющий роботом, был выпущен в 1974 г. фирмой "Cincinnati Milacron", одной из ведущих фирм - изготовителей роботов в США. В конце 1971 г. американской фирмой "INTEL" был создан первый микропроцессор, а несколькими годами позже появляются роботы с микропроцессорным управлением, что обусловило существенное повышение их качества при одновременном снижении стоимости. Дело в том, что микропроцессоры и основанные на них микроЭВМ. чрезвычайно дешевы, имеют малые размеры и массу и относительно легко могут быть запрограммированы для выполнения самых различных функций. Именно микропроцессоры, эти "чудо-кристаллы XX в." позволили строить управляющие микрокомпьютеры, стоимость которых в десятки и сотни раз ниже стоимости традиционных универсальных ЭВМ. Например, если сравнить микрокомпьютеры с первой электронно-вычислительной машиной "ENIAC", то можно убедиться, что их надежность выше примерно в 1000 раз, количество потребляемой энергии меньше в миллион раз, производительность больше чем в 20 раз, а физические размеры блоков памяти составляют примерно 1/30000 долю от размеров блоков машины "ENIAC". Но, может быть, самое удивительное, что при этом компьютер в 10000 раз дешевле. Уже в середине 1980-х гг. в капиталистических странах использовалось примерно 34 млн. микропроцессоров, в том числе в США - 23, Японии - 9, странах Западной Европы - 2 млн. К^этому времени стоимость типичного микропроцессора снизилась на Западе более чем в 1000 раз, а мощность и быстродействие возросли в 70 и 400 раз соответственно.

В последующие годы после создания и выхода на промышленный Рынок первых роботов во всем мире началось стремительное развитие Робототехники. Конкуренция, борьба за рынки сбыта определили резкое увеличение производства промышленных роботов в ведущих странах, сопровождаемое энергичным внедрением робототехники в различные отрасли промышленности. В ряде капиталистических стран организуются ассоциации или общества, курирующие исследования и разработки в области создания и использования промышленных роботов, в частности, в 1972 г. образована Японская ассоциация промышленной робототехники (JIRA), в 1974 - Институт робототехники США (RIA) и ассоциация роботов Великобритании (BRA), в 1975 - Итальянское общество робототехники (SIRI), в 1978 - Французская (AFRI), в 1980 - Шведская (SWIRA), в 1981 - Австралийская (ARA), в 1982 - Датская (DRA) и Сингапурская (SRA) ассоциации роботов.

Изменяется и сам принцип использования промышленных роботов - от единичного к комплексному. В ведущих робототехнических странах (Япония, США, ФРГ, СССР и др.) в конце 1960-х - начале 1970-х гг. разрабатываются и создаются гибкие производственные системы (ГПС), так называемые "безлюдные" производства, представляющие собой производства будущего. Научно-технические достижения робототехники позволили в 1960-1980-х гг. создать ряд сложных научных и специальных робототехнических комплексов для исследования космического пространства (станции типа "Луна", аппараты "Луноход" - СССР; станции типа "Маринер", "Сервойер", "Викинг" - США и др.), а также освоения подводных глубин (аппараты "TV", "Москито", "Долфин" - Япония; аппараты "KURV", "RCV" - США; "Манта", "ОСА" - СССР; "ROV", "RM"- Франция; "ARCS" - Канада и др.).

Робототехника как научная дисциплина, формируется совместными усилиями ученых и разработчиков техники в целостное научно-техни- ческое направление, обогащается огромным опытом разработки и эксплуатации самых разнообразных роботов, робототехнических устройств и систем.

Итак, рассмотренный четвертый исторический этап может быть назван в целом этапом современной робототехники. Он характеризуется разработкой и созданием уже достаточно совершенных роботов, управляемых в наиболее развитом виде от ЭВМ и имеющих прикладное назначение как в промышленном производстве, так и в научных исследованиях; динамичным развитием и широким использованием в производственных процессах класса промышленных роботов; окончательным формированием робототехники в единое научно-техническое направление.

История робототехники берет свое начало еще с древности. Ведь с незапамятных времен люди придумывали различные устройства для развлечения. Великие математики древности создавали удивительные механизмы, которые и в наше время способны вызвать не поддельный восторг. С тех времен и до наших дней стремление к созданию самостоятельно функционирующего механизма ничуть не угасло, даже наоборот, только выросло. Лучшие ученые мира работают над созданием различных видов роботов, способных выполнять самые разнообразные функции. Однако прежде чем углубляться в историю следует разобрать, что такое робототехника.

1. Что такое робототехника?

Робототехника – это наука, которая изучает процессы разработок автоматизированных технических систем, работающих на основе электроники, а также механики и программирования. Производство роботов является одной из наиболее развитых отраслей современной промышленности. Представить только, на данный момент тысячи роботов трудятся на заводах и предприятиях, заменяя тяжелый труд людей.

Автоматизированные манипуляторы стали неотъемлемой частью различных производственных и научных исследований. Кроме этого, роботы позволяют изучать пространство за пределами нашей планеты, там, куда нет доступа человеку.

Если говорить об истории роботов, то первые механизмы, выполняющие простейшие движения, встречаются еще в античных временах. Однако первые сохранившиеся чертежи и записи о действующем роботе датируются 1495 годом. Их создал всемирно известный изобретатель, ученый Леонардо Да Винчи, который создал железного рыцаря, способного двигать руками и ногами.

Если говорить о современных роботах, то развитие робототехники берет свое начало в 1961 году, когда компания General Motors создала первого робота с движущейся рукой, выполняющей некоторую последовательность действий, записанных на магнитном барабане. По сути – эта разработка и положила начало массового производства роботов.

Стоит отметить, что само понятие «робот» пришло к нам немного ранее, а точнее в 1921 году, когда писатель фантаст Карела Чапека написал пьесу под названием «Россумовские Универсальные Роботы». Конечно, в то время это была простая фантазия, и никто и подумать не мог, что роботы настолько плотно войдут в жизнь людей. Немного позже, через 20 лет Айзек Азимов сформулировал три основных закона робототехники, которые определили представления о роботах:

• Робот не способен причинить вред человеку, либо допустить своим бездействием, чтобы человеку был нанесен вред;
• Робот должен выполнять команды человека, если они не противоречат первому закону;
• Робот должен обеспечивать свою безопасность до тех пор, пока это не противоречит первому и второму закону.

Активное развитие робототехники и массовое производство автоматизированных машин начинается в 1970-е годы. В первую очередь это были промышленные роботизированные машины, которые использовались в производстве. Они успешно заменили людей на конвейерах и выполняли однообразные работы, что позволило существенно снизить количество несчастных случаев на производстве, а также повысить производительность предприятий.

Конечно же, роботы не способны работать самостоятельно. Для контроля над ними нужны люди, которые постоянно следят за ходом выполнения работ и в случае необходимости могут выключить их либо перенастроить.

В наше время роботы стали еще умнее. Некоторые фабрики, такие как IBM для сборки клавиатур в Техасе, имеют полностью автоматизированное производство. При этом все работы от момента выгрузки материалов и вплоть до получения готовой продукции выполняются роботами. Таким фабрикам не требуется освещение, и они способны работать круглосуточно без выходных.

2.1. Виды роботов

Краткая история робототехники позволяет понять нам, насколько стремительно развивается данная область. Прошло всего лишь немного больше 50 лет с момента появления первого робота, способного выполнять несколько простейших движений, до массового производства самых разнообразных роботизированных механизмов и машин. Кроме этого, уже сегодня существует огромное разнообразие бытовых роботов, позволяющих существенно упростить повседневную жизнь простых людей.

Научная активность в развитии робототехники очень высока. Каждый год проводятся международные конференции по роботам, собираются национальные и международные научно-технические совещания и так далее. Каждый год появляется огромнейшее количество роботов, способных заменять людей на рабочих местах, помогающих в бытовой жизни, развлекательных роботов, и даже роботов, работающих в медицине.

Любопытен тот факт, что уже сегодня роботы способны строить других роботов, которые в свою очередь будут трудиться на производстве таких же автоматизированных машин. Уже на данный момент многие научно-фантастические книги стали вполне нормальной и привычной реальностью, и не сложно представить, какие роботы будут среди людей через 10-20 лет.

Чтобы понять, какие роботы вообще могут встречаться в современной жизни, следует разобраться с некоторыми терминами:

• Механизм;
• Робот;
• Андроид;
• Машина.

Итак, машина – это совокупность механизмов, которые заменяют человека либо животное в определенной области. Такие устройства предназначены, как правило, для преобразования одного вида энергии в другой. В подавляющем большинстве случаев машины используются для автоматизации труда.

Механизм – это использование определенных материалов для выполнения определенных механических функций. Все конструкции механизмов основаны на взаимном сцеплении, а также сопротивлении тел.

Робот - машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью способна выполнять функции человека (либо животного) в определенных условиях.

Андроид – это понятие из научной фантастики, которая уже в наше время становится реальностью. Это робот, который имеет вид подобный человеку. Цель андроида заключается в замене человека в любом виде деятельности.

Зная, что такое робот, можно только представить себе, какие функции он способен выполнять. В наше время роботы могут иметь самую разнообразную форму, от домашних животных, до огромнейших промышленных установок – от роботов пылесосов, до настоящих роботов из фантастических рассказов, играющих на музыкальных инструментах или выполняющих важные задания на других планетах.

2.2. Достижения робототехники

Трудно описать все современные достижения в развитии робототехники. Однако каждый согласиться, наиболее высокими достижения в данной области стали современные роботы, работающие в медицине. С их приходом перед человечеством открылись новые возможности проведения тончайших операций, которые не способен выполнить даже самый подготовленный и опытный человек.

Описывать все существующие достижения можно бесконечно долго, поэтому давайте обратим внимание только на самые интересные разработки. К примеру, роботы, играющие музыку. Да, это уже не фантастика – это настоящая реальность, доступная каждому. Современные технологии позволяют создавать группы роботов, играющих на различных музыкальных инструментах. При этом роботы не допускают ошибок и не нуждаются в отдыхе.

Представьте себе рок группу, состоящую исключительно из роботов. Еще 10 лет назад – это было самой смелой фантастикой, а сегодня реальность. Конечно же, машины не способны сами писать музыку, их программируют люди. Несмотря на все достижения современной робототехники, все же все роботы управляются (программируются) людьми и выполняют исключительно предварительно запрограммированные команды.

Помимо этого, роботы трудятся в самых разнообразных областях:

• В строительстве;
• На производственных линиях;
• В медицине;
• В сфере развлечений.

3. Робототехника: Видео

Именно благодаря роботам наша жизнь является такой, какой мы ее видим. Многие вещи, используемые в повседневной жизни, стали более доступными из-за работы машин, которые не нуждаются в заработной плате и работают в три и даже в четыре смены.

Освоение космоса во многом стало возможным благодаря роботам. Более того, современные автоматизированные машины предоставляют возможность получить образцы пород с других планет, метеоритов и комет. Это в свою очередь вносит существенный вклад в работу ученых. Стоит отметить определенную взаимосвязь – чем более «умными» становятся машины, тем быстрее развиваются технологии, позволяющие сделать еще более продвинутые и «умные» машины.

4. Перспективы развития робототехники

Развитие робототехники имеет далеко идущие перспективы. Если посмотреть на историю развития данной области можно понять, что развитие робототехники ускоряется с каждым годом. А принимая во внимание важность автоматизированных машин в самых разнообразных отраслях, в особенности в медицине, не сложно представить, какие надежды на них положены.

Несмотря на то, что история развития робототехники началась относительно недавно, данная область технологий уже имеет весьма высокий уровень. Лучшие ученые мира не покладая рук работают над созданием новых видов роботов – от нанороботов, которые будут использоваться в медицине для лечения различных заболеваний, до самостоятельных машин, имеющих продвинутый искусственный разум. На данный момент можно только представить себе, до каких высот смогут дойти технологии в роботостроении в ближайшем будущем.