Історія роботів

З давніх часів людина мріяла про помічників, які беззаперечно виконували б його команди. Сьогодні вони є. Це роботи - машини, створені робити те, що людям не під силу. Сьогодні робототехніка — одна з галузей промисловості, що найшвидше розвиваються і затребуваних. Однак, щоб стати такою, їй знадобилося багато часу. У 1920-х роках роботи стали з'являтися у науково-фантастичних оповіданнях та фільмах, а інженери з усього світу створювали перші механічні пристрої. Вони могли виконувати дуже обмежену кількість дій, але цього було достатньо, щоб вразити уяву ще не досвідченої публіки і викликати інтерес до робототехніки нових поколінь. Сьогодні людина стикається з роботами із завидною регулярністю. Вони мають різну форму та призначення, але всі покликані допомагати нам. Виконувати роботу по дому та досліджувати океани, проводити хірургічні операції та брати участь у бойових діях, грати та складати музику, битися на аренах – ось неповний перелік того, що роблять роботи. Вони увійшли до шкіл, лікарень, лабораторій і заводів по всьому світу, ставши невід'ємним атрибутом прогресу.

Історія робототехніки розпочалася ще тисячі років тому зі створення примітивних механічних ляльок. Пройшло багато часу, перш ніж люди вигадали машини, що імітують життя. Перші роботизовані тварини та музиканти з'явилися для розваги. Пізніше розвиток електроніки дозволило винахідникам створити інтелектуальні пристрої. Проте робот із усіма здібностями справжньої людини залишається поки що мрією.

Попередники роботів

Прообразами роботів були механічні машини, прості за мірками XXI століття, але напрочуд прогресивні для свого часу.

Вважається, що перша механічна машина, здатна рухатися і виконувати дії без втручання людини, була створена в IV столітті до нашої ери Архітом Тарентським. голуб, рух якому надавала пара, пролетів біля 200 метрів.

Поштовх до розвитку

Якщо винахід Архіту був скоріше іграшкою, то машина Ктезібія, ще одного давньогрецького механіка, носила прикладний характер. пристроїв Протягом багатьох поколінь годинник Ктезібія вважався найточнішим у світі, а механізм, що приводить їх у дію, став джерелом натхнення для багатьох механіків та винахідників.

Водяний годинник Ктезібія Незважаючи на те, що механізм годинника складається з невеликої кількості деталей, змусити їх працювати неймовірно складно. в резервуар (4) При накопиченні води в камері поплавець (5) піднімав фігуру (6), що вказує на вказівку. паличкою час на циліндричному циферблаті (7). покажчик показував нову дату.Ктезібій врахував, що залежно від пори року кількість денного та нічного годинника змінюється: це знайшло відображення у спеціальній розмітці кривих «вартових» ліній

Спосіб заробити

У середні віки в Європі механіки вперше стали створювати механічні пристрої з метою заробити на них. Найчастіше це були іграшки, які могли виконувати найпростіші дії завдяки пружинам та заводному механізму. Такі машини мали попит у багатіїв для розваг гостей. Найбільшого поширення набули музичні скриньки, які не тільки відтворювали мелодію, а й дивували глядачів фігурками, що рухалися в такт.

Шаховий турок. Робот, створений у 1769 році і граючий у шахи, зовні виглядав як турків: зроблена з воску фігура розміром у людський зріст стояла перед ящиком із шахівницею. Під час партії автоматон змінював обличчя і самостійно рухав фігурки — цього вдалося досягти завдяки складній системі шестерень і важелів. До того ж робот чудово грав у шахи: вважається, що із трьохсот партій він програв лише шість разів! Серед опонентів було багато відомих особистостей, включаючи короля Пруссії Фрідріха II та імператора Франції Наполеона. Секрет успіху було розкрито лише через кілька десятиліть: у ящику завжди знаходився живий шахіст, який приймав рішення за машину. Оскільки він не міг бачити розташування фігур на дошці, Вольфгангу фон Кемпелену довелося вдатися до хитрості: до шахів були прикріплені потужні магніти, а зі зворотного боку на нитці підвішені металеві кульки, якими і визначалося розташування фігур на дошці. Таким чином, захована людина могла оцінити ігрову ситуацію та робити ходи.Для цього використовувалася складна система, що дозволяла механічному устрою копіювати рухи людини

Слоновий годинник Аль-Джазарі. Цей складний за конструкцією годинник Аль-Джазарі, видатний вчений ісламського відродження, змайстрував близько 800 років тому. Плаваюча всередині корпусу слона чаша поступово наповнювалася водою і переверталася, натягуючи три канати. Один з канатів приводив у дію пристрій, що випускає по одній 30 куль, які, проходячи через всі елементи конструкції, повертали трохи циферблат. Інші канати відповідали за «анімацію» — рухи драконів та переписувача. Рухливими були інші елементи годин, а початок і кінець всієї дії відзначали звуки флейти і кімвала. Циферблат знаходився позаду верхньої фігури Саладіна

Однак механіки та винахідники на цьому не зупинялися, продовжуючи створювати дивовижні для свого часу пристрої. Так, Жак де Вокансон, який відкрив у 1727 році в Ліоні власну майстерню з виготовлення механічних іграшок, представив свого механічного флейтиста, який міг відтворювати 12 мелодій, при цьому він справді грав на музичному інструменті: вдував повітря, ворушив губами, переставляв пальці. В основі роботи пристрою лежали хутра та пружини.

Азіатські ляльки

Попередники роботів почали з'являтися й у Азії. У XVIII столітті в Японії почалося виробництво ляльок каракурінінге. Найвідоміша — тяхакобі — тримала в руках тацю. Якщо на нього ставили чашку з чаєм, лялька пересувалася у бік гостя. Коли він брав чашку - лялька зупинялася, коли ставив назад - тяхакобі розверталася і поверталася на своє місце.

Говоряча машина

У 1788 році австрієць Вольфганг фон Кемпелен продемонстрував машину, що говорить, здатну відтворювати голос трирічної дитини. Пристрій був дерев'яний ящик довжиною близько метра і шириною приблизно 50 сантиметрів, всередині якого розташовувалась складна система хутра, клапанів, штифтів та інших деталей. Однак до історії фон Кемпелен увійшов як творець іншого винаходу — шахового турка.

Прототипи роботів

Умовно всі пристрої, які дали поштовх до розвитку механіки та стали попередниками сучасних роботів, можна поділити на три групи. В основі їх роботи лежали складні механізми шестерень, важелів, пружин та інших деталей, проте використовувалися конструкції для різних цілей.

Тигр типу. Механічна іграшка XVIII століття, яка є тигра, нападаючого на британського солдата, мала символічний підтекст. На фамільному гербі правителя індійського князівства Майсур Типу Султана, котрим і було зроблено пристрій, зображено тигр. Сам же правитель виборював владу з англійськими колонізаторами. Людина на іграшці рухала руками, кричала, а тигр міг ревти. Тигр виконаний майже в натуральну величину: його довжина – 178 сантиметрів; висота – 71 сантиметр.

1. Механічні іграшки Головною їхньою метою було розважити власника. Як правило, виконували обмежену кількість заздалегідь заданих дій, міняти які не можна було. Яскравий приклад - музичні скриньки, які грають мелодії при відкритті.

1. Пристрої-помічники. На відміну від механічних іграшок, їхнє призначення полягало у виконанні корисних функцій, що полегшують життя власника. Наприклад, ляльки каракуринінге.

1. Автоматони. Більш складні та великі машини, які часто виглядали як людина чи тварина.Могли виконувати понад десять різних завдань залежно від вибраного режиму. Практичну користь приносили рідко, але вражали уяву сучасників своєю реалістичністю. Наприклад, машини-«письменники».

Робототехніка. Початок

Робототехніка - це прикладна наука, яка займається розробкою автоматизованих технічних систем та є найважливішою технічною основою інтенсифікації виробництва.

Наприкінці XIX — у першій половині ХХ століття розробка складних механізмів, керованих людиною чи самостійно виконують якісь функції, займала багатьох учених, інженерів, механіків, які намагалися придумати принципово нові механізми.

Strandbeest. Ідеї ​​створення самохідних механічних машин є актуальними і сьогодні. Тео Янсен з 1990 року займається розробкою пристроїв, що ходять, які наводяться в рух завдяки силі вітру. У його колекції безліч екземплярів з різними принципами пересування ніг

Всесвітня виставка

1851 року в лондонському Гайд-парку пройшла Велика виставка промислових робіт усіх народів, що стала символом індустріалізації та відкритим майданчиком для демонстрації технічних досягнень. Вона сприяла розвитку багатьох передових технологій, зокрема й робототехніки. Так, в 1878 році великий успіх мала стопоходяща машина російського механіка і математика Пафнутия Чебишова - крокуючий пристрій, що імітував рух тварин.

Стопоходяща машина Чебишева. В основі свого винаходу вчений використовував створений ним механізм, що дозволяв перетворювати обертальний рух на лінійний. Машина вважалася підвищеною прохідністю, але практичного застосування не знайшла, оскільки могла рухатися тільки ідеально рівними дорогами.

Через двадцять років на Всесвітній виставці Нікола Тесла показав радіокерований човен, який назвав автоматичним дияволом (Devil automata). Вчений розумів, що винахід може бути використаний у військових цілях, тому неохоче говорив про принципи його роботи.

Піонери

У 1927 році в Нью-Йорку інженер Рой Джеймс Уенслі показав першого у світі робота, здатного виконувати команди людини. Його назвали Містер Телевокс. Це послужило ще одним поштовхом до розвитку галузі: один за одним почали з'являтися людиноподібні роботи. Ерік (1928) міг самостійно рухатися, але його головна особливість була в іншому: він розмовляв та відповідав на стандартні питання. Натураліст (1928), перший робот Країни вранішнього сонця, ворушив кінцівками і став основою майбутніх японських розробок. Альфа (1932) переміщався по команді, виконуючи у своїй до двох завдань одночасно.

1939 року компанія Westing house Electric Corporation презентувала робота на ім'я Електро. Він мав словниковий запас у 700 слів, міг рухати руками, ворушити губами та пальцями, надувати повітряні кулі, відрізняти червоний та зелений кольори і навіть палити. Андроїд керувався голосовими командами і міг виконувати загалом 26 рухів. Наступного року для Електро було сконструйовано «друга» — собаку-робота Спарки.

Шеки. Першим роботом, який міг самостійно продумувати та реалізовувати алгоритм дій, став Шекі (Shakey). Його розробляли у Стенфордському дослідному інституті з 1966 по 1972 рік. Робот був обладнаний численними датчиками, які дозволяли йому бачити та відчувати навколишні предмети. Шекі міг аналізувати команди та розбивати їх на прості частини.Найвідоміший приклад: у відповідь на команду зіштовхнути блок із платформи робот озирнувся, знайшов потрібну платформу, виявив пандус, піднявся по ньому і скинув блок. Шеки став прообразом цілого покоління роботів, в основі яких лежали навички розпізнавання мови та візуальні алгоритми

Біоморфні роботи

З 1948 по 1951 рік англійський нейрофізіолог Вільям Грей Уолтер проводив роботу над створенням та вдосконаленням перших біоморфних роботів, які отримали назву «черепашки». Надалі пристрої, що моделюють поведінку живих організмів, стали предметом пильної уваги та вивчення. Широку популярність здобула миша Клода Шеннона, яка знаходила дорогу в лабіринті. Не менш цікавими були білка Едмунда Берклі (вона збирала горіхи і відносила їх у гніздо), електронні лисиці Барбара та Джоб (творець - французький фізик Альбер Дюкрок), черепаха Ейхлера (реагувала на світло, звук і дотик: одночасний вплив двох подразників - так звукового – викликало виникнення умовного рефлексу).

Прототип комп'ютера

У 1943 році вчені Пенсільванського університету розпочали розробку першого електронного цифрового обчислювача загального призначення, який міг виконувати широкий спектр завдань залежно від закладеної програми. Спочатку ЕНІАК (ENIAC) вів розрахунок таблиць стрільби, пізніше робив моделювання термоядерного вибуху. 1950 року з його допомогою було зроблено перший успішний прогноз погоди. ЕНІАК, власне, став першим комп'ютером широкого спектра використання.

ЕНІАК. Пристрій складно назвати ідеальним: лампи під час роботи часто виходили з ладу, необхідність друкувати та сортувати велику кількість перфокарт гальмувала обчислювальний процес.Однак ЕНІАК дав поштовх до створення більш досконалих машин, у результаті з'явилися персональні комп'ютери.

«Черепашки» Грея Уолтера

Будучи нейрофізіологом, Вільям Грей Волтер хотів, щоб його «черепашки» повторювали поведінку тварин. Почасти йому це вдалося.

Роботи Вільяма Грея Уолтера (1910-1977) отримали свою назву не тільки за зовнішню схожість з однойменними тваринами, але і за таку ж, як у черепах, повільність дій. Пояснювалася вона просто: перед тим, як здійснити рух, «черепашки» прораховували кілька параметрів. Поведінка пристроїв базувалося на трьох станах: пошук світла («голод»), рух у напрямі джерела світла, уникнення перешкод та надто яскравого освітлення («біль»). Сам винахідник називав їх machina speculatrix.

Будова «черепашки». Зовні робот виглядав як триколісний візок, закритий кожухом. Прозорий ковпак одягався лише на демонстраційних заходах, щоб охочі могли побачити конструкцію пристрою. Чутливими були фотоелектричний елемент (завдяки йому «черепашки» реагували на світло) та контакт механізму дотику (замикався при наїзді на перешкоду). За поведінку відповідала нескладна схема із зворотним зв'язком

Грей Волтер із «черепашкою» біля «годівниці». Перший зразок Елмер демонстрував різні моделі поведінки. Поки його акумулятор був заряджений, він пересувався по кімнаті, шукаючи темний кут. Щойно заряд зменшувався, робот починав шукати джерело освітлення: підсвічені ділянки показували, де знаходиться «годівниця» — прилад для підзарядки. Коли акумулятор розряджався досить сильно, Елмер самостійно підключався до живильних контактів зарядного пристрою.Після отримання необхідного запасу енергії робот від'єднувався та переміщався далі

Вдосконалені моделі

Черепашки Уолтера могли не тільки рухатися на світ, але й орієнтуватися по слуху. У їхній корпус був вмонтований мікрофон, завдяки якому роботи розрізняли звуки. Також вони могли взаємодіяти: відрізняли собі подібних до предметів обстановки і рухалися назустріч один одному. Ще однією особливістю «черепашок» було вміння вибирати найяскравіший джерело світла з усіх знайдених. Пізніші моделі Уолтер намагався навчити самостійно знаходити вихід з лабіринту, орієнтуючись на джерела світла та звуку, а також запам'ятовувати розташування перешкод. Вони вже могли об'єднуватись у групи для пошуку кращого джерела «їжі». «Черепашки» залишаються популярними серед радіоаматорів та радіотехніків, їх репліки з'являються досі.

Траєкторія руху «черепашок». Роботи навіть в однакових умовах щоразу поводилися по-новому: їхній шлях по кімнаті ніколи не повторювався

Грей Волтер за роботою. Вчений створив щонайменше вісім модифікацій «черепашок», що відрізняються можливостями. Він відзначав подібність їх поведінки з живими істотами: роботи ніколи точно не повторювали своїх дій, але в цілому поводилися в рамках однієї поведінкової моделі

Коротка історія робототехніки

Колісний транспортний засіб. (≈ 3500 до н. е.)

У Месопотамії (сучасний Ірак) колесо пристосували для використання транспортними засобами.

Механічний птах. (≈ 400 до н. е.)

Давньогрецький математик Архіт Тарентський створив механічного голуба. Дерев'яний пристрій, що рухався завдяки парі, зміг пролетіти близько 200 метрів.

Потужність пневматики. (≈ 270 до н. е.)

Давньогрецький винахідник Ктесібій з Олександрії виявив, що стиснене повітря може бути використане для переміщення машин.

Автоматична музика. (≈ 1500)

З'явилися перші інструменти, які могли відтворювати мелодії без участі людини-музики. Для їхнього створення використовувалися пружинні механізми.

Автоматичний контроль. (≈ 1600)

Голландський інженер Корнеліус Дреббель винайшов термостат. Механічне пристрій застосовувалося керувати температурою всередині печі.

Анімаційні актори. (1725)

У Хайльбронні (Німеччина) створено механічний театр, що містить 119 анімованих фігур, які виконували п'єсу про сільське життя.

Качка Вокансона. (1739)

Французький винахідник Жак де Вокансон створив механічну качку, яка могла пити, їсти, бити крилами та перетравлювати їжу.

Калькулятор. (1820)

Французький страховий агент Томас де Кольмар винайшов першу практичну обчислювальну машину, яка складала та вичитала, множила та ділила (насилу) числа.

Логічна алгебра. (1854)

Британський математик Джордж Буль опублікував трактат «Дослідження законів мислення, на яких ґрунтуються математичні теорії логіки та ймовірностей», у якому розповів про логічну алгебру. Пізніше вона буде використана для проектування комп'ютерів та роботів.

Роботи Чапека. (1920)

Дія п'єси чеського письменника Карела Чапека "R.U.R." («Россумські універсальні роботи») розгортається на фабриці, яка виробляє роботів – штучних людей. Після публікації твору слово "робот" стало популярним.

Закони робототехніки. (1942)

Американський письменник-фантаст Айзек Азімов у оповіданні «Хоровод» сформулював три обов'язкові правила поведінки (закону) для робота.

Сучасний комп'ютер. (1945)

Математик Джон фон Нейман створив комп'ютерну архітектуру, яка забезпечує високу гнучкість та швидкість роботи обчислювальних машин.

"Черепашки" Грея Уолтера. (1948)

Англійський нейрофізіолог Вільям Грей Уолтер створив два механічні роботи — «черепашок»

Елмера та Елсі. Незважаючи на просту конструкцію, вони продемонстрували поведінку, властиву живим істотам.

Тест Тюрінга. (1950)

Британський математик Алан Т'юрінг сформулював ідею визначення того, чи може машина мислити. Якщо люди не можуть зрозуміти, з ким вони розмовляють (з людиною чи комп'ютером), не бачачи співрозмовника, то тест вважається пройденим.

Штучний інтелект. (1956)

Американські математики Марвін Лі Мінський та Джон Маккарті вигадали термін «штучний інтелект».

Нейронна мережа. (1960)

Американський дослідник Френк Розенблатт застосував практично першу штучну нейронну мережу, названу перцептроном. Перцептрон дозволив зрозуміти фундаментальні закони організації, загальні всім систем обробки інформації.

Промисловий робот. (1961)

Американські інженери Джордж Девол та Джо Енгельбергер створили перших промислових роботів під назвою «Юнімейт».

Робот із штучним інтелектом. (1966)

Шекі став першим мобільним роботом зі штучним інтелектом: він самостійно вибирав напрямок руху та порядок дій.

Інтелектуальний зір. (1973)

Департамент штучного інтелекту Единбурзького університету продемонстрував робота на ім'я Freddy II, який може зібрати об'єкт, обираючи правильні компоненти.

Cyc. (1984)

Американський дослідник Дуглас Ленат, розуміючи, що роботи нічого не знають про реальний світ, розпочав проект Cyc. Його метою стало створення комп'ютерної бази даних, що містить усі людські знання.

Робот-хірург. (1985)

Перша спроба використання робота в операційній.

Genghis. (1989)

Один із перших шестиногих роботів розроблений у Массачусетському технологічному інституті. Кожна нога має два двигуни зі зворотним зв'язком для легшої орієнтації при зіткненні з перешкодою.

Перемога над людиною. (1997)

Суперкомп'ютер Deep Blue II компанії IBM виграв матч із шести партій у найсильнішого шахіста світу Гарі Каспарова.

Deep Blue. У назві шахового суперкомп'ютера (дослівно означає «темно-синій» або в літературному перекладі — «глибокий сум») поєднуються назва проекту Deep Thought («Глибока думка») та прізвисько Big Blue («Блакитний гігант»), дане IBM

RoboCup. (1997)

У місті Нагоя (Японія) відбувся перший футбольний турнір серед роботів RoboCup.

Команда RoboCup. За правилами люди не можуть втручатися в хід матчу: роботи діють, ґрунтуючись на команди, запрограмовані раніше

Honda P3. (1997)

Міжнародна японська компанія Honda представила робота-гуманоїда P3 — вдосконалену модель першого у світі автономного прямоходячого робота-андроїда Honda P2, який був розроблений в 1996 році і був предком ASIMO. Honda P3 міг ходити, підніматися сходами, тиснути руку і вставати з колін.

Перший кіборг. (1998)

Професор Кевін Уорвік з Університету Редінга (Великобританія) назвав себе першим кіборгом у світі, оскільки має мікрочіп, імплантований у ліву руку. Завдяки чіпу доктор наук у галузі кібернетики відкривав електронні замки та стверджував, що машини в його лабораторії реагують на його наближення.

Кевін Уорвік. Професор уживив собі не один чіп. Плавним завданням була інтеграція власної нервової системи в нейронний інтерфейс

AIBO. (1999)

Японська транснаціональна корпорація Sony випустила першого роботизованого собаку AIBO, більш досконалого, ніж ранні роботи-тварини, такі як Фербі.

AIBO третього покоління. Робот у вигляді собачки впізнає господаря в обличчя та за голосом. Вигукнувши його, ви побачите, як здригнуться вушка і до вас повернеться кумедна мордочка, що сяє різнокольоровими вогниками. AIBO не просто рухається, він грає з м'ячиком, задовольняє свою цікавість, спілкується з господарем

Робот-хірург Da Vinci. (2000)

З його допомогою було проведено велику кількість хірургічних операцій.

Космічний помічник. (2001)

Розроблений у Канаді роботизований маніпулятор "Канадарм-2" розпочав роботу на Міжнародній космічній станції.

"Канадарм-2" у роботі. Робототехнічний комплекс утримує американського астронавта Стівена Робінсона у відкритому космосі

Розвідка Марса. (2003)

Марсоходи НАСА «Спіріт» та «Опортьюніті» запущені для дослідження Червоної планети.

Санітари. (2004)

Американська компанія Vecna ​​Technologies представила робочий зразок робота BEAR, призначеного для рятувальних робіт на полі бою.

Самовідтворення. (2005)

Вчені з Корнельського університету створили роботів, що самовідтворюються.

Безпілотні автомобілі. (2014)

Google провів випробування першого безпілотного автомобіля Пізніше подібні розробки почали виготовляти практично всі великі автокомпанії світу.

Терапевтичний робот Паро. Розробка японця Таканорі Сибати у вигляді дитинчати гренландського тюленя призначена для надання заспокійливої ​​дії на пацієнтів лікарень та будинків для людей похилого віку. Звуки, які відтворює Паро, — спеціально записаний голос тварини.Робот має тактильні сенсори, що дозволяють йому реагувати на ласку і голос, висловлювати подив, радість, гнів.

У чомусь роботи випередили людину. Вони вже побували на Марсі та на дні океану, пересуваються по місячній поверхні та вулканічній лаві. Завдяки одержуваним від машин відомостям людство робить велику кількість відкриттів, які були б неможливими без таких помічників. Прогрес не стоїть дома. Технології, які ще кілька десятків років тому здавались чимось недосяжним, сьогодні стали цілком звичайними. Тому цікаво, які роботи з'являться у майбутньому. Вчені, інженери, соціологи, футурологи та фахівці багатьох областей працюють спільно, щоб вивести розробки роботів на принципово новий рівень.

Роботизація Землі

Роботи давно перестали бути простою іграшкою. З кожним роком вони стають все більш затребуваними у промисловості: кількість машин, які виконують роботу, яку раніше робили люди, зростає з кожним днем.

Автоматизація різних процесів актуальна нині у світі.

• Попит на промислових роботів найшвидше зростає в Азії: кількість продажів щорічно збільшується на 15–20 %.
• Перший у світі готель, обслуговуванням якого практично повністю займаються роботи, було відкрито у 2015 році в японському місті Нагасакі, після чого подібні заклади з'явилися ще у кількох містах країни.
• У період з 2006 по 2016 рік кількість промислових роботів у світі зросла на 72%. Кількість робочих місць на фабриках США за цей час скоротилася на 16 %.
• Близько 5 мільйонів робочих місць буде втрачено до 2020 року у 15 країнах із найбільш розвиненою економікою.Це стане результатом розвитку штучного інтелекту, робототехніки та пов'язаних із ними галузей.

CyberKnife. Завдяки цій системі було здійснено понад 100 тисяч операцій з видалення доброякісних та злоякісних пухлин.

Робот для миття вікон. Прямокутна форма дозволяє йому краще мити кути вікон - неможливість здійснити цей довгий час вважалася одним із найслабших місць подібних пристроїв.

Kodomoroid. Цього реалістичного андроїда, схожого на підлітка, можна використовувати як телевізійного ведучого: він вміє читати тексти з різною інтонацією, жестикулювати та наслідувати людську міміку