Происхождение роботизированных линий. Робототехника: история

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)

Когда мы представляем робота, обычно мы думаем об электронных машинах в форме людей — таких как киборги или андроиды — или других компьютеризированных автономных устройствах, таких как Roomba. Но определение слова «Робот» охватывает более глубокое значение.

Робот — это любое машинное или механическое устройство, которое работает автоматически или полуавтоматически. Это означает, что "робот«не обязательно ограничивается только питанием электричеством.

На сегодняшний день наиболее распространенным применением современных роботов является производство. Они используются для того, чтобы сделать производство более эффективным для компании, дешевле для потребителя и безопаснее для сотрудников. Но откуда взялось это слово?

Происхождение слова «Робот».

Слово «Робот» было придумано в 1920 году Карелом Капеком и его братом Йозефом Капеком. Карел был чешским писателем, который придумывал слова для того, чтобы назвать искусственных существ в его пьесе. Недовольный словом laboři (или «рабочие» на латыни), его брат предложил roboti из латинского слова robota (что означает «крепостной труд»).

В 1944 году писатель-фантаст Исаак Азимов решил расширить его и придумал слово «робототехника » для использования в своем рассказе «Бегство». Позднее он стал повторять это словово многих своих книгах.Это помогло повысить популярность и увеличить использование слова.

Что было первым роботом в мире?

Если отвлечься от мифологических сказок, которые включают в себя механических слуг, построенных греческими богами, глиняные големы еврейской легенды и глиняные гиганты норвежской легенды, то первого реального документированного экземпляра робота придумал греческий математик Архит в 4 веке до н.э.. Он создал деревянную механическую паровую птицу, которую он назвал «Голубем».

Как полагают, птица была подвешена на конец поворотного стержня, а аппарат вращался под слоями сжатого воздуха и пара. Сведения о «Голуби» были найдены в трудах Герона Александрийского, который описал ее как «управляемую водой, вращающейся весом и паром». Он не только претендует на звание первого известного робота, но также является первой документированной записью ученого, пытающегося выяснить, как летают птицы.

Что же насчет современных роботов?

Роботы и робототехника развиваются все более быстрыми темпами. Мы отправили роботов в космос, чтобы исследовать планеты для нас, в ядерные реакторы и даже вместо солдат на войну с террором. Сама отрасль развивается непредсказуемыми, но захватывающими способами. Например, робот, показанный на видео ниже, представляет собой роботизированную «поп-звезду», которая поет и танцует для аудитории:

PS: первым человеком, которого убил робот, был Кэндзи Урада в 1981 году. Урада занимался ремонтом сломанного робота на заводе в Кавасаки в Японии. Не сумев полностью отключить его, робот толкнул его в шлифовальный станок, что привело его смерти.

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

Cо времен античности люди стали задумываться о создании механических людей, способных выполнять тяжелую и рутинную работу. В мифах есть упоминания о создании Гефестом механических рабов, выполняющих работу за человека.Но различные механизмы создавались и из научного интереса, Известен, например, механический голубь греческого математика Архита из Тарентума, построенный им около 400 года н.э. Возможно, движущийся при помощи пара, голубь был способен летать.

А некоторые роботы, создавались скорее ради развлечения или с целью извлечения коммерческой прибыли, и многие из них были фальсификациями, как например известный шахматный автомат "Турок".

Первый чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Его записи были найдены только в 1950-х годах и содержали подробные чертежи рыцаря, способного двигать руками и головой.

Хотя, не известно, был ли построен этот робот. Существует также мнение, что специалисты NASA использовали находки Леонардо для создания манипулятора, при подготовки экспедиций на Луну.

Первого действующего человекоподобного робота создал французский изобретатель Жак де Вокансон в 1737 году. Андроид представлял из себя человека в натуральную величину способного на флейте. Флейтист Вокансона имел в репертуаре 12 произведений!

Но самое известное изобретение Жака де Вокансона - пищеварительные утки, созданные им в 1739 году. Эти роботы состояли примерно из 400 деталей, и умели хлопать крыльями, пить воду. Также утки клевали зерна и через секунду - испражнялись. Но, на самом деле, утка не переваривала пищу: съеденные зерна, помещались в специальный контейнер, а "продукт на выходе" был заготовлен в другом.

К концу XIX века инженер из России Чебышёв Пафнутий придумал механизм - стопоход, который обладал высокой проходимостью. Конечно, это изобретение не представляло огромной пользы для человечества, но сама задумка дала определенный толчок к развитию технологий роботостроения.

В 1885 году прошли первые испытания Электрического Человека (Electric Man) Фрэнка Рида (Frank Reade). У машины был довольно мощный прожектор, а противников ожидали электрические разряды, которыми Человек стрелял прямо из глаз. Судя по всему, источник питания находился в закрытом сеткой фургоне.О способностях Электрического Человека и о его скорости ничего не известно.

Кстати, слово робот тогда еще не существовало. Оно появилось лишь в 1920 году, благодаря Карелу Чапеку и его брату Йозефу.

В 1893 году профессором Арчи Кемпионом (Archie Campion) на Международной колумбийской выставке (1893 World"s Columbian Exposition) был представлен опытный образец робота Boilerplate.
Boilerplate был задуман как средство бескровного решения конфликтов - иными словами, это был опытный образец механического солдата. Робот существовал в единственном экземпляре, но у него была возможность осуществить предложенную функцию - Boilerplate неоднократно участвовал в боевых действиях.Хотя истории о Boilerplate интересны, вызывает подозрение их истинность, так же как рассказы о Steem Man и Electric Man.

Семь лет спустя Луи Филип Перью (Louis Philip Perew) в Америке создал Автоматического Человека (Automatic Man). "Этот гигант из дерева, каучука и металлов, который ходит, бегает, прыгает, разговаривает и закатывает глаза - практически во всём в точности подражает человеку". Автоматический Человек был ростом 7 футов 5 дюймов (2,25 метра), одет был в белый костюм, носил гигантскую обувь и соответствующую шляпу.

Первые программируемые механизмы с манипуляторами появились в 1930х годах в США. Толчком к их созданию послужили работы Генри Форда по созданию автоматизированной производственной линии или конвейера (1913). Первый же действительно существовавший в железе индустриальный робот принадлежит Л.Г. Полларду. 29 октября 1934 года, Уиллард Л.Г. Поллард подал в бюро патентов заявку об изобретении нового полностью автоматического устройства для окраски поверхностей. В 1937 году лицензия на производство этого манипулятора каким-то образом досталась компании DeVilbiss. Именно DeVilbiss в 1941 году при помощи Гарольда Роузланда построила первые прототипы этого устройства. Однако окончательная Роузландовская версия, запатентованная и выпущенная на рынок в 1944 году, была совсем другим механизмом, заимствовав у Полларда младшего только идею системы управления.

История серьезной робототехники начинается с появлением атомной промышленности почти сразу по окончании второй мировой войны. Поставленная задача - обезопасить работу персонала с радиоактивными препаратами - успешно решается при помощи манипуляторов, копирующих движения человека-оператора. Это еще не совсем «честные» роботы, поскольку они по-прежнему состоят только из механических деталей: используются ременные и шевронные передачи. Современное название таких устройств - копирующие манипуляторы или MSM (master-slave manipulators).Одна из первых компаний по производству MSM - «CRL» (Central Research Laboratories) - была основана в 1945 году, а первый ее MSM - «Model 1» - был представлен комиссии по атомной энергетике США уже в 1949 году.

Датой рождения первого по-настоящему серьезного робота, о котором услышал весь мир, можно считать 18 мая 1966 года. В этот день Григорий Николаевич Бабакин, главный конструктор машиностроительного завода имени С.А.Лавочкина в Химках подписал головной том аванпроекта E8. Это был «Луноход-1», луноход 8ЕЛ в составе автоматической станции E8 №203, - первый в истории аппарат, успешно покоривший лунную поверхность 17 ноября 1970.

В 1968 году в Станфордском Исследовательском Институте (SRI, Stanford Research Institute) создают «Shakey» - первого мобильного робота с искусственным зрением и зачатками интеллекта. Устройство на колесиках решает задачу объезда возможных препятствий - различных кубиков. Исключительно на ровной поверхности, т.к. робот очень неустойчив. Самое примечательное, что «мозг» робота занимает целую комнату по соседству, общаясь с «телом» по радиосвязи.

Исследования устойчивости приводят к работам над динамическим равновесием роботов, в результате чего получаются роботы-лошади и даже несколько роботов на одной ноге, - чтобы не упасть, им приходится постоянно бегать и подпрыгивать. Начинается эра исследования устойчивости и проходимости. В это время появляется множество роботов для исследования других планет и, конечно, ведения боевых действий в пустыне. Вся робототехника в Соединенных Штатах по сей день очень часто спонсируется агентством DARPA.

Первое место в мире по производству и использованию роботов занимает Япония. В 1928 году под руководством доктора Нисимуро Макото был создан робот, названный «Естествоиспытатель»,высотой 3,2 метра. Оснащенный моторчиками, он мог менять положение головы и рук. А 21 ноября 2000 года на первой в истории выставке ROBODEX в городе Йокохама, Япония, Tokyo Sony Corporation представляет своего первого человекоподобного робота "SDR-3X".