История робототехники
История автоматизированных механизмов насчитывает тысячи лет, от роботов — слуг богов, упоминаемых в греческой мифологии, до сложных китайских астрономических водяных башенных часов XI века. Даже Леонардо да Винчи разработал ряд автоматов, включая самоходные тележки и роботов-рыцарей. Итак, когда же автоматизированные машины стали роботами?
Современная эпоха робототехники началась во время промышленной революции, с началом использования пара и электричества, проложившими дорогу силовым двигателям и механизмам. Изобретения и открытия, сделанные Томасом Эдисоном и Николой Тесла, способствовали переходу в новую эру робототехники. В 1898 году Тесла представил свою радиоуправляемую лодку, похваставшись, что стал первым в будущей гонке роботов. Многие считают это событие датой рождения робототехники.
Тем не менее слово «робот» не использовалось вплоть до 1920 года, когда чешский драматург Карел Чапек написал научно-фантастическую пьесу «R. U. R.», описывающую восстание роботизированных рабочих фабрики против людей-владельцев. А в 1941 году не менее известный писатель-фантаст Айзек Азимов придумал термин «робототехника», упомянув его в коротком рассказе «Лжец!».
Спустя полгода Азимов написал рассказ «Хоровод», в котором с оптимизмом характеризовал роботов как полезных слуг человека. В этом же рассказе впервые упоминаются «три закона робототехники» Азимова, которые продолжают влиять на литературу, кино и науку по мере продолжения исследований в области искусственного интеллекта.
Ключевые изобретения XX века, включая цифровой компьютер, транзистор и интегральную схему, привели к тому, что ученые смогли начать разработку электронного, программируемого мозга для роботов. Промышленные роботы сейчас — обычное явление на современном производстве. Они используются для решения самых разнообразных задач — от транспортировки материалов до сборки деталей.
В биомедицинской, обрабатывающей, транспортной, космической и оборонной промышленности роботы используются намного чаще, чем раньше. Значительные достижения в области программного обеспечения и искусственного интеллекта (ИИ) привели к созданию роботов, имитирующих базовую форму и взаимодействие людей, таких как двуногий «Асимо» корпорации Honda. Суперкомпьютер IBM Watson, оснащенный продвинутой системой ИИ, был первоначально разработан для соревнования с людьми на американской викторине Jeopardy!, в которой победил, а затем поступил в коммерческую эксплуатацию в качестве врача-диагноста онкологических заболеваний.
Четырехногий робот «БигДог» компании Boston Dynamics создан для перемещения по пересеченной местности и способен перевозить тяжелые грузы. Современные системы автопилотирования, интегрированные в самолеты, беспилотные автомобили и даже космические планетоходы, такие как «Кьюриосити», блуждавший по поверхности Марса, демонстрируют, насколько сложными стали программируемые роботы.
Роботы больше не ассоциируются с греческими мифами или голливудскими блокбастерами. Дроиды, беспилотные летательные аппараты и роботы теперь широко распространенная и важная часть нашего общества.
Первый медицинский робот
Первое официально зарегистрированное применение медицинского робота относится к 1984 году, когда «Артробот», разработанный в Ванкувере Джефом Окинлеком и доктором Джеймсом Мак-Уэном в сотрудничестве с хирургом Брайаном Дэйем, использовался при проведении ортопедической операции.
«Артробот» — небольшой робот для выполнения артропластики тазобедренного сустава (операции по восстановлению функции сустава). Он был спроектирован для точного сверления тазобедренных суставов, с возможностью программирования для создания полостей в определенных позициях и под определенным углом для последующей имплантации протезов.
Несмотря на то что небольшие и относительно простые усовершенствования и модификации оригинального «Артробота» привели к использованию роботов в более сложных хирургических операциях, таких, как полная замена коленного сустава, подобные новаторские решения в области медицинской робототехники таковыми и оставались вплоть до 1997 года, пока медицинские роботы не получили распространение.
Система «да Винчи» корпорации Intuitive Surgical Inc стала первым хирургическим роботом, получившим одобрение Управления по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов США. Робот «да Винчи» представляет собой полноценный хирургический комплекс с набором инструментов, камерами, датчиками и прочими принадлежностями.
Первый военный робот
Изобретенная в 1898 году Николой Тесла радиоуправляемая лодка, предназначенная для использования в военных целях и предлагаемая США с Великобританией, так и не была разработана.
Во Второй мировой войне впервые были применены военные роботы в виде дистанционно управляемых беспилотных машин — немецкой самоходной мины «Голиаф» и советского танка «Телетанк». Телетанки были созданы на базе легких танков T-26, оснащенных гидравликой и аппаратурой телеуправления. Телетанки несли пулемет, огнемет, а также оборудование для установки дымовой завесы и использования химического оружия, что означало, что они были грозным орудием на поле боя. Немецкие «Голиафы», с другой стороны, были спроектированы как мобильные наземные мины, которых на удаленном управлении можно было подвести к вражеской технике или пехоте и детонировать.
Хотя и «Голиаф», и «Телетанк» были разработаны в одно и то же время, советские безэкипажные танки стали использоваться первыми и применялись во время Советско-финской войны (1939– 1940) в Восточной Финляндии.
Первый гуманоидный робот
Человекоподобные роботы, часто называемые андроидами в научной фантастике, проектируются с учетом человеческих форм. Простые гуманоидные автоматоны создавались испокон веков и постепенно совершенствовались для более точной имитации внешнего вида и поведения человека. Одним из первых задокументированных примеров является механический рыцарь Леонардо да Винчи.
Робот-рыцарь Леонардо управлялся комбинацией шкивов и тросов, которые позволяли ему стоять, сидеть и независимо двигать руками. Он имел человеческую форму и даже был одет в доспехи, словно рыцарь. Хотя механизм да Винчи примитивен по сегодняшним меркам, ему не хватает искусственного интеллекта и дистанционного управления, но он опережал свое время в XV веке.
Да Винчи использовал во многих своих изобретениях шкивы, гири и шестерни, в том числе и в самоходной тележке, которую многие считают первым роботом. Позже он занялся дизайном робота-рыцаря для королевского театрализованного представления в Милане, которое состоялось в конце 1490-х годов.
Чертежи робота-рыцаря Леонардо да Винчи до сих пор используются современными робототехниками и даже вносят свою лепту в разработку роботов для NASA.
Первый роботизированный транспорт
После Всемирной выставки 1964 года писатель-фантаст Айзек Азимов в своих записях предсказал, что спустя 50 лет автомобили будут управляться «робомозгами». В течение многих лет после этого беспилотные транспортные средства существовали лишь в виде теоретических концепций и исследовательских проектов.
Настоящий прогресс начался в 1986 году, когда в Мюнхенском университете был запущен проект PROMETHEUS под управлением Европейского агентства координации исследований (EUREKA, European Research Coordination Agency). В течение почти десятилетия команда разработчиков трудилась над проектом беспилотного автомобиля под названием VITA, оборудованного датчиками, позволяющими регулировать скорость машины при обнаружении опасности.
В 1994 году автомобиль VITA совершил 1000-километровую поездку по парижскому шоссе в условиях плотного трафика, достигнув скорости в 128 километров в час. Позднее некоторые аспекты VITA были учтены при конструировании будущих автомобилей Mercedes-Benz.
Первый космический робот
Можно сказать, что «Спутник-1», запущенный СССР в 1957 году, стал первым роботом в космосе. А «Робонавт», разработанный в сотрудничестве General Motors с NASA, получил звание первого гуманоидного робота в космосе и первого робота для работы с инструментами, созданными для людей, в космосе. В настоящее время он трудится на Международной космической станции (МКС).
«R1», первый вариант «Робонавта», был прототипом, разработанным с целью исследовать, как гуманоидные роботы могли бы помочь астронавтам в открытом космосе. Его преемник «R2» оборудован полноценным роботизированным экзоскелетом, современной системой технического зрения, программным обеспечением для распознавания изображений, датчиками и алгоритмами управления, а также роботизированными руками. Он помогает в работе космонавтам, чтобы сэкономить их силы. Кроме того, «Робонавт» проходит в Хьюстоне подготовку к выполнению медицинских процедур, включая использование шприцев и проведение ультразвукового сканирования.
Первый промышленный робот
Первый промышленный робот был внедрен на производственной линии завода General Motors в 1961 году. «Юнимейт» представлял собой мощную роботизированную руку для установки литых металлических изделий и сварных компонентов на шасси автомобиля. Это был первый робот-манипулятор, который помог ускорить производственные линии на заводах по всему миру.
Первоначальная стоимость манипулятора «Юнимейт» составила 25 000 долларов. У робота было шесть программируемых осей движения, а конструкция позволяла работать с тяжелыми объектами на высокой скорости. Манипулятор весом 1,8 тонны оказался чрезвычайно универсальным и вскоре стал одним из самых популярных промышленных роботов в мире.
«Юнимейт» стал популярным и вне промышленного производства, приняв участие в «Вечернем шоу Джонни Карсона», в котором он разливал пиво и даже дирижировал оркестром.
Джордж Девол, первым разработавший промышленного программируемого робота в 1954 году, основал первую в мире компанию по производству роботов, Unimation. Роботы стали обычным явлением на современных сборочных линиях, так как их способность выполнять повторяющиеся задачи на высокой скорости превращает их в идеальные средства производства.
Первый беспилотный робот
Дроны, или беспилотные летательные аппараты (БПЛА), использовались в течение сотен лет. Первое задокументированное применение датируется 1849 годом, когда австрийская армия запустила аэростаты, оснащенные бомбами, в сторону осажденной Венеции. Военные исследования в XX столетии привели к появлению ряда технологических инноваций, включая систему глобального позиционирования (GPS) и Интернет.
Это привело к созданию первого полностью автономного беспилотного летательного аппарата в 1973 году. Израильский дрон Tadiran Mastiff был оборудован системой передачи данных, позволяющей в автоматическом режиме и реальном времени вести высококачественную видеосъемку места полета и транслировать ее оператору. Эти БПЛА предварительно программировались на траекторию полета и широко использовались армией обороны Израиля.
Современные военные беспилотники, такие как «Предатор» и «Таранис», играют ключевую роль на поле боя.
Краткая история роботосоздания
Привет, Хабр! Перед вами — история роботоподобных устройств, которые создавались задолго до появления современных технологий.
Первые роботы (если верить историческим данным) были созданы в 300 году до нашей эры. Забавно, тогда и слова-то такого не было, а роботы уже были. Позднее были созданы деревянные жуки, механические служанки, искусственный человек Леонардо да Винчи и много других изобретений. Я хочу рассказать о том, каких роботов создавали изобретатели на протяжении всей истории человечества.
Да, перечисленные в этой статье механизмы роботами назвать можно с рядом оговорок. Но мне кажется, что эти предшественники современных роботов заслуживают, чтобы про них помнили.
Античность
Если верить историческим данным, первые роботы в мире были созданы примерно в 300 году до нашей эры. Это были огромные фигуры в виде женщин, словно бы оберегавших Александрийский маяк. Одни показывали силу ветра и морских волн, передвигая большие золотые стрелки на огромных синих циферблатах. Другие, поворачиваясь, указывали направление ветра или следовали руками за движением солнца и луны. Женщины-автоматы стояли и возле больших Водяных часов — клепсидр. В дневное время их было хорошо видно, а ночью они освещались искусственным светом. Две фигуры были не простыми. Время от времени они оживали, поворачивались и били в колокол, а ночью издавали громкие звуки. Это было нужно для того, чтобы корабли вовремя узнавали об опасной близости отмелей и подводных скал.
Ещё одним удивительным изобретением древности стал антикитерский механизм — часовое устройство примерно 2-го века до н.э., поднятое в 1901 году с затонувшего судна. Про него интересно рассказывается в этой статье. По сути, это образец бортового аналогового компьютера с функциями календаря, картой солнечной системы, астрономическими часами и вычислительной машины, способной определять движения небесных тел. До сих пор поражает уровень развития механики эллинов, сумевших создать столь сложный артефакт. Возможно, это не совсем робот, но устройство умело автоматически выполнять некоторые функции.
Летающий механический голубь, детище древнегреческого математика и механика Архита Тарентского, увидел свет за 350 лет до нашей эры. Вообще, это была птица с полым деревянным корпусом цилиндрической формы. Голубем её назвали позднее из-за похожести. По бокам автоматической птицы располагались два больших и два малых крыла. Передняя часть была заострена, словно клюв. Отверстие в задней части птицы вело к внутреннему пузырю и соединялось с герметичным котлом нагревания. Когда давление в котле повышалось, голубь взлетал и на паровой тяге мог пролететь несколько сотен метров с большой скоростью.
Примерно в это же время эллинский математик Филон Византийский создал механическую служанку. Она была ростом с человека и водной руке держала сосуд с вином. В другую нужно было установить чашу для вина. Это был прекрасный автоматон для дружеских возлияний. Внутри у служанки находился механизм, перегоняющий воду и вино из резервуаров по трубам в пустую чашу, которую надо было поставить в свободную руку.
Живший в первом веке греческий математик Герон Александрийский изобрёл автомат для продажи святой воды в храмах. Эта вода стоила 5 драхм и нужна была для ритуального омовения рук и лица. Под тяжестью опущенной в приёмник монеты нажимался рычаг, открывающий клапан. И в сосуд лилась вода.
Средние века и Новое время
В Арабском халифате, по некоторым сведениям, было много автоматических диковинок. Но информация о большинстве изобретений до нас дошли лишь в форме описаний и рисунков путешественников. Например, в переведённых арабских хрониках рассказывается, как византийские послы, прибывшие в Багдад в 917 году, описывали дворец. Там было серебряное дерево, стоявшее посреди большого резервуара с водой. У него было 18 веток, на каждой из которой располагались маленькие веточки с золотыми и серебряными птицами. Птицы были разной величины и каждая пела. Есть сведения, что знаменитое «серебряное дерево» на самом деле украшало дворец хана Мункэ в Каракоруме, а создал его француз Буше.
Гораздо больше известно про изобретения механика аль-Джазари, жившего в 1136-1206. Он создал более 50 разных устройств, которые описал в трактате «Книга знаний о гениальных механических устройствах». Наибольшую известность аль-Джазари принесли часы в виде слона. Механизм был скрыт в большой скульптуре азиатского слона. Там располагались резервуар, наполненный водой, и плавающая в нём чаша с отверстием по центру, полчаса заполнявшаяся жидкостью. Наполнившись, она погружалась под воду и тянула верёвку, прикреплённому к балансиру в башне на спине слона.
Это, в свою очередь, приводило в движение фигуру сокола, начинавшую петь, и высвобождение из корзины металлического шара, падавшего сначала на голову птицы, а оттуда — в пасть скульптуры змея, после чего та наклонялась вперёд, вытаскивая чашу из воды с помощью струн. Эти струны также заставляли скульптуру правителя поднимать левую или правую руку, а попадание мяча в вазу приводило к тому, что скульптура погонщика ударяла в барабан. Вследствие всего этого стрелка циферблата перемещалась в нужном направлении и указывала либо полчаса, либо полный час. Затем скульптура змея возвращалась назад и цикл повторялся, пока в корзине оставались шары.
Оставил свой след в деле роботостроения и Леонардо да Винчи. Он разработал чертеж человекоподобного робота в 1495 году. В найденных документах изображён каркас робота-рыцаря, который запрограммирован выполнять человеческие движения.
Он обладал анатомически правильной моделью челюсти, мог сидеть и ходить, двигать руками, поднимать забрало, размахивать мечом. Внутри было две системы — программируемый контроллер обеспечивал работу рук с помощью троса и шестерёнок, а ноги работали за счёт кривошипно-шатунного механизма. Некоторые исследователи утверждают, что рука робота могла рисовать. В записях также сказано, что поверх каркаса должна быть надета рыцарская броня.
Помимо человека, в 1584 году да Винчи придумал и льва. Очевидцы в своих воспоминаниях описывали, что в однажды в комнату к королю Франции зашёл механический лев, который сел на задние лапы, раскрыл дверцы на груди, и там был виден букет лилий — геральдический символ как французских королей, так и Флоренции. Полного его изображения, как и полных чертежей, не сохранилось.
В 1543 году известный в то время английский астролог и математик Джон Ди спроектировал деревянного жука, который почти мог летать. Этого жука Ди запустил во время представления комедии Аристофана «Мир». Зрители были шокированы увиденным и тут же заподозрили Ди в колдовстве. К счастью, его не сожгли. Возможно, по той причине, что летал жук очень плохо (если вообще мог).
В период с 1556 по 1598 инженером Хуанело Турриано был создан автоматический монах, которого подарили королю Испании. О процессе создания мало что известно, зато монах сохранился до наших дней. Он небольшой, всего 40 см в высоту, и перемещается на колесиках благодаря часовому механизму. Поскольку робот одет в рясу, видны только подвижные ступни. Это создаёт иллюзию движения. Одной рукой робот подносит к губам крест, а другой бьёт себя в грудь. Рот открывается, словно произнося беззвучные молитвы, а глаза двигаются.
В это время были распространены именно религиозные автоматоны. Часто встречались механизмы в виде Девы Марии, способные артикулировать и поворачивать голову. Они были выполнены из дерева, обычно в натуральную величину. Автоматическая фигура была оснащена часовым механизмом, умела поворачивать голову и благословлять людей.
Свои роботы были и в Японии. Там они назывались «каракури». Самый известный домашний робот «Чахакоби нингё» был создан в эпоху Эдо (после 1603 года) для обслуживания гостей во время чайной церемонии. Когда хозяин ставил чашку с чаем на поднос, робот разворачивался и относил её к гостю. Когда тот допивал чай и возвращал кружку на поднос, робот доставлял её обратно хозяину. «Чахакоби нингё» можно было программировать — хозяин мог заранее установить место, где автомат должен развернуться.
Автоматический официант высотой 35 см был сделан из вишнёвого дерева, а шестерёнки механизма — из ламинированного дуба и японского кедра. Во всей конструкции не использовалось ни одного гвоздя. Единственная металлическая деталь находилась в контроллере, который регулировал балансирную пружину. Работали роботы благодаря системе противовесов.
Другой интересный образец японского роботостроительства (более поздней эпохи) — «Юми-ири-Дойи», созданный Танака Хисасигэ примерно в 1840 году. Это миниатюрный лучник, расположенный на подставке высотой 30 см. Робот берёт стрелу из колчана, натягивает тетиву и стреляет в цель, повторяя это действие четыре раза. На каждые десять выстрелов приходится один промах. И это не ошибка изобретателя, так сделано для большей реалистичности механизма.
В 1740-х годах французский механик Жак де Вокансон, изучавший наследие Леонардо да Винчи, создал робо-уток из меди. По своей сути они были механическими игрушками, умевшими крякать, пить воду из чашки, есть зерно и хлопать крыльями. Пища «переваривалась» и затем, как у настоящей птицы, выходила «экскрементами» другого цвета. Механизм, управляющий птицей, был скрыт в постаменте.
В 1774 году швейцарский часовщик Пьер Жаке-Дроз и его сыновья создали удивительное трио сложных автоматических механизмов, которым дали имена Музыкант, Писатель и Художник. Писатель окунал перо в чернильницу, стряхивал излишки чернил и затем записывал запрограммированный текст каллиграфическим почерком. Он состоял из 6000 деталей. Художник мог рисовать четыре заданных изображения. Периодически он сдувал пыль с листа бумаги. Художника можно было перепрограммировать, заменяя детали для того, чтобы получился другой рисунок.
Презентация изобретения
Презентация изобретения
Музыкант, состоящий из 2500 элементов, создавался почти 10 лет. Автоматическое устройство, выполненное в виде женщины, играло 45-секундные песни, нажимая клавиши на клавикорде. Её грудь поднималась и опускалась, как будто она дышит, глаза следили за пальцами, а после каждой песни кукла кланялась. Музыка, которую воспроизводит робот, не поддельная, не записана и не проигрывается музыкальной шкатулкой: кукла по-настоящему касается пальцами клавиш инструмента. Инструмент изготовлен по специальному заказу и состоит из 24 труб.
Роботы после 19-го века
В 1805 году швейцарец Анри Мелларде изобрёл автоматон, который писал стихи на французском и английском языках. Спустя более ста лет, в 1928 году, Институт Франклина в Филадельфии приобрел этого хотя и сомневались в подлинности. Но когда удалось наладить автоматон, то первое, что он написал было: «Написано автоматоном Мелларде». В тот момент все сомнения отпали.
В 1810 году создатель музыкальных инструментов Фридрих Кауфманн сконструировал механического трубача. Автомат действовал при помощи шагового двигателя и программного барабана, который заводился специальной рукояткой. Сама по себе машина выглядит внешне как мужчина ростом около 180 сантиметров, одетый в испанский костюм. Механизм Трубача управляется с помощью двух вращающихся ступенчатых барабанов, которые сделаны из сплава меди. Насечки, установленные на барабанах, соприкасаются с шестью ударными штифтами и четырьмя рычагами, которые приводят в действие ветровые клапаны, пропускающие воздух через 12 штифтов, из-за чего в итоге производится звук из трубы.
В 1869 году в США изобретатели Цадок Дедерик и Исаак Граас представили паровой автоматон, способный двигать карету. Его изготовили в виде человека ростом около 2 метров. Весил он 226 килограммов, за что получил прозвище «Дэниел Ламберт» — в честь англичанина, прославившегося своей тучностью. В груди автомата находились бойлер и топка. Шток поршня на спине направлял энергию к ногам. Паровой человек крепился к карете двумя железными стержнями, которые поддерживали его в вертикальном положении. Мощность двигателя была способна заставить «человека» делать четыре шага за оборот. Двигатель мог работать от двух до трёх часов за одну растопку.
В 1928 году американский инженер Рой Уэнсли показал публике робота «Мистера Телевокс», который умел двигать несколькими конечностями и выполнять простые голосовые команды. На первой демонстрации журналистам Уэнсли, с помощью различных серий свистков, заставил робота зажечь лампы, включить вентилятор, пылесос, открыть окна, закрыть двери. При этом робот не мог двигаться. По сути это была автоматическая телефонная станция, только вместо абонентов к ней было присоединены электромоторы различных функций. Двери, окна открывались и закрывались электродвигателями, электроприводы поворачивали ручки выключателей разных приборов. Ухом служил обычный микрофон, от него сигнал шел на усилители, а затем через трансформаторы к фильтрам. Каждый фильтр пропускал через себя определенную тональность: до, ми, соль. Так и строилась система команд управления.
Советский робот «В2М» был представлен в 1936 году в рамках Всемирной выставки в Париже 16-летним школьником Вадима Мацкевичем. Его рост составлял 1,2 метра, а для управления использовалась радиосвязь. Человекоподобный робот умел выполнять 8 команд, которые заключались в движении разными частями тела.
Из-за слабости моторов, робот не мог полноценно понимать правую руку и этот жест был похож на нацистское приветствие. Из-за этого недоразумения, робот «В2М» принес мальчику множество проблем и от репрессии его спасли только юношеский возраст и поддержка со стороны начальства органа СССР по борьбе с преступностью.
Электро — это робот, построенный в 1939 году компанией Westinghouse, которая хотела продемонстрировать всему миру свое технологическое мастерство. Он мог ходить, говорить (словарный запас около 700 слов), крутить головой и махать руками, шевелить губами и пальцами, отличать красный цвет от зелёного глазами и надувать воздушные шарики или нервно курить (с человеческой помощью).
Курит он от ощущения своей примитивности, по сравнению со своими механическими андроидными старшими братьями и сёстрами. В 40 году, чтоб он так не тосковал, ему сделали маленького друга – собаку Спарки. В 60-х он снялся в фильме для взрослых.
Разумеется, это не все механизмы, которые были придуманы человечеством. Существовало отдельное направление по созданию роботов-зверей и птиц, было множество подделок, которые на самом деле управлялись человеком. Много всего было. Но мне кажется, я перечислил наиболее интересные образцы прошлого. Если что-то упустил — добавьте в комментариях. Спасибо!
Как выглядели самые первые роботы?
Мысль о том, как бы облегчить себе жизнь, занимала ещё древних греков. Например, инженер Филон Византийский сконструировал у себя дома механизм, который сам наливал в чашу вино и по греческой традиции смешивал его в определённой пропорции с водой. В это же время в III в до н. э. египтяне построили на острове Фарос маяк, который венчали женские фигуры. Днём их и так было хорошо видно, а ночью они искусственно подсвечивались, поворачивались, били в колокол и издавали звуки наподобие пения. Всё это было хорошо слышно на море и помогало морякам, особенно в непогоду, определить приближение суши. Пожалуй, оба этих изобретения можно назвать самым первым в мире роботом.
Термин «робот» перекочевало в обиход со сцены лондонского театра в 20-е годы прошлого столетия, когда свет увидела постановка Карела Чапека «Универсальные роботы» о том, как машины выполняют за человека каторжные работы.
Сегодня робототехника достигла невероятного уровня развития. Машины взяли на себя сложные, опасные и вредные процессы на предприятиях, в домах появились полностью роботизированные пылесосы, газонокосилки, в больницах – няньки и сиделки, у детей и одиноких людей – роботы-кошки и собаки и т. п. И процесс только набирает обороты.
Первые роботы в истории
О первых в истории попытках создать машинных помощников уже говорилось чуть выше. Но это всё же были не роботы в современном понимании, а нехитрые механические устройства.
Робот Леонардо да Винчи
По общепринятому мнению, изобретателем первого робота считается Леонардо да Винчи. Именно ему пришла в голову мысль создать искусственного человека, который мог бы выполнять определённые действия. До наших дней дошли чертежи этого изобретения. Вероятнее всего, идея осенила ученого во время изучения человеческого тела. На схеме, которую современники обнаружили в 50-е годы прошлого века, видно, что устройство представляло собой ряд соединённых шестерёнками рычагов, которые позволяли образцу выполнять простые человеческие движения: поднимать руки, ходить, двигать головой. Предполагалось облачить механизм в доспехи. Однако во времена Леонардо эта идея не была воплощена в жизнь и осталась в виде чертежа.
Мы можем представить задумку Леонардо благодаря работе другого итальянца – нашего современника профессора Марио Таддей, посвятившего всю свою жизнь исследованию творчества да Винчи и считающегося в этом деле крупнейшим знатоком. Он осуществил идею великого инженера: собрал искусственного человека и, как и было задумано в 1495 году, облачил его в доспехи. Позже обо всём этом была написана книга, которую перевели на 20 языков мира.
Первый робот-музыкант
Спустя два столетия, в 1738 году, французский изобретатель Ж. де Вокансон создал первое роботизированное музыкальное приспособление в виде человека, играющего на флейте. За счёт конструкции, включающей десятки пружин и устройств для прохождения воздуха, искусственный музыкант играл на духовом инструменте при помощи пальцев и губ, движения которых были очень приближены к человеческим.
Это не единственное развлекательное устройство, созданное инженером. Позже он собрал механическую игрушку для детей в виде утки, которая могла ходить, клевать, двигать крыльями и даже испражняться.
Робот «Мистер Телевокс»
В конце 20-х годов XX века, очевидно вдохновленный лондонской постановкой Карела Чапека, американский инженер Рой Уэнсил собрал и показал широкой публике первого железного робота, который мог делать несколько движений руками, ногами и выполнять простейшие команды. Прототипа современного андроида назвали мистер Телевокс. Его появление запустило процесс разработки подобных, но более совершенных конструкций во всех высокоразвитых странах.
Первый советский робот «В2М»
Советский Союз ни в чём не собирался уступать Западу, поэтому, несмотря на множество внутренних проблем в середине 30-х годов, вопросу разработки машин-помощников учёные и инженеры-конструкторы уделяли много внимания. Однако парадокс заключается в том, что первого советского робота собрали не они, а шестнадцатилетний школьник Вадим Мацкевич. Это был безусловно очень одарённый ребёнок, ведь в его копилке уже было не одно, а целых два изобретения: в 8 лет он собрал компактную радиостанцию, а в 12 – сделал самодвижущуюся модель броневика, стреляющую ракетами.
Естественно, что к 16 годам о мальчике знала вся страна, и у него были все возможности и материалы для создания очередной задумки. В результате в 1936 году на тематической выставке в Париже был представлен первый советский робот конструкции «В2М». Высота модели составляла 1,2 м, управление осуществлялось через пульт, всего робот выполнял 8 команд, заключающихся в шевелении конечностями.
Не обошлось и без неприятных последствий. Мотор прототипа был очень слаб и машина могла поднимать руку только на 90°, что со стороны выглядело, как нацистское приветствие. В 1936 году это было воспринято крайне отрицательно и жёстко. Мацкевича не репрессировали лишь из-за слишком юного возраста и мощную поддержку со стороны инженеров, которым удалось всё объяснить руководству.
Вторая усовершенствованная модель была создана уже в 70-е годы и представлена на выставке в Японии. Она также была высоко отмечена всей мировой научной общественностью.
Современные роботы
К сожалению, отечественная робототехника не развивалась должным образом и не стала конкурентоспособной на мировом рынке. В этом секторе долгое время лидировали американцы, пока пальму первенства не вырвала Япония.
Родиной робототехники являются США.
Это направление зародилось в середине 50-х годов благодаря случайной встрече двух незаурядных умов – Джозефа Энгельбергера и Джорджа Девола. Молодые люди выяснили, что имеют два общих интереса: страсть к научной фантастике и предпринимательству. Этому тандему удалось практически изменить будущее, решив проблему разработки и внедрения робототехники в производство.
Первый производственный манипулятор был создан и запатентован Энгельбергером в 1959 году, а в 1961 он уже был установлен в Нью-Джерси на заводе GM для помощи в производстве горячего литья под давлением.
Как используют роботов сегодня?
В зависимости от области применения весь огромный парк роботов можно разделить на две группы: промышленные и сервисные. Первая группа более обширна и по количеству машин, и по их возможностям, и по сферам применения. Это объясняется тем, что основоположники робототехники поставили для себя задачу – облегчить труд человека на производстве. В последние несколько десятилетий в секторе сервисной робототехники внедрение новых механизмов тоже идет семимильными шагами.
Промышленные роботы
Это манипуляторы, обученные делать одну или несколько операций. Они обычно состоят из руки-манипулятора, снабженной приводом и контроллером и аппарата управления. Согласно статистическим данным, сегодня на производстве задействовано более 2 млн подобных механизмов. Производственные роботы имеют несколько классификаций. Например, по характеру выполняемых манипуляций выделяют машины:
- технологические, которые «заточены» под выполнение какого-либо технологического процесса, например, сварки кузова автомобиля или его покраски;
- вспомогательные, в обязанности которых входят функции подачи заготовки или складирования готовой продукции;
- универсальные, которые могут одновременно выполнять и первые и вторые функции.
В зависимости от программы промышленная робототехника подразделяется на образцы с программным обеспечением:
- жёстким, которое не меняется в процессе работы;
- адаптивным, которое за счёт множества сенсоров может анализировать внешние факторы и выполнять работу в соответствии с меняющимися условиями;
- гибкопрограммируемые, которые умеют сами создавать программы под поставленные цели и задачи.
Сегодня роботы применяются практически на всех машиностроительных и химических предприятиях, заменяя человека на всевозможных тяжёлых и опасных процессах (сварка, покраска, работы со взрывоопасными или легковоспламеняющимися химикатами). При этом точность и скорость выполняемых действий по сравнению с человеком выросла в разы. Также роботы широко применяются в приборостроении, где необходимо собирать микросхемы и иные микроустройства, для которых обычных человеческих возможностей уже просто не хватает. Этот вид техники применяют при работе с биоматериалом на уровне клетки.
Робототехника пришла на помощь в выполнении задач в экстремальных условиях, например, исследования самых глубоких мест Мирового океана давно проводят при помощи автоматических батискафов. То же самое можно сказать об исследовании космического пространства и поверхности планет, до которых мы уже смогли добраться. Роботы трудятся на взрыво- и пожароопасных участках, зонах с высокой радиацией.
Кто такие коботы?
Это коллаборативные роботы, снабжённые зрением, позволяющим распознавать людей и окружающую среду. Это сделало их функционирование значительно безопаснее для человека, а стоимость ниже, поскольку теперь можно сэкономить на множестве дорогостоящих защитных устройствах. Коботы предназначены для работы рядом с людьми для поддержания мелкосерийного производства в небольших помещениях, а также могут быть задействованы на конвейере.
Современный кобот может остановиться при приближении человека на опасное расстояние, поскольку, во-первых, видит его, а во-вторых, снабжен механизмом отключения при его приближении. Если человек просто проходит мимо на безопасном расстоянии, то машина это поймёт и либо не отреагирует, либо немного замедлится.
Сервисные роботы
Эта группа машин подразделяется на две подгруппы: для личного пользования и для профессионального. К первой подгруппе относятся:
- пылесосы;
- газонокосилки;
- мажордомы (помощники по хозяйству);
- игрушки (младенцы, кошки, собаки и т. п.).
Например, японская искусственная собака от SONY по кличке Айбо ведет себя, как настоящая, и может выполнять все собачьи команды. Учитывая проблему старения населения и одиночества в стране, технология пришла на помощь многим престарелым японцам, обеспечив определенный уровень общения, не доставляя при этом никаких проблем по уходу.
Ко второй группе относятся машины, оказывающие услуги вне дома. Сюда относятся:
- военные роботы, позволяющие разминировать объекты или изучать местность на наличие опасности;
- подводная техника;
- медицинские помощники, позволяющие поддерживать функции организма во время операций или находящегося в критическом состоянии;
- всевозможные мобильные платформы;
- торговые помощники, которые могут, например, следить за выкладкой товара на полках супермаркета, отслеживая какой вид продукции заканчивается, а какой залеживается, или сопровождать покупателя, рассказывая о каждой единице товара на разных языках.
На роботов давно переложили работы на складах, на погрузке и разгрузке транспорта. А в Японии во многих барах и ресторанах бармен- или официант-робот уже давно стали обычным делом.
Такова история появления и воплощения в жизнь давней мечты человека о механическом помощнике, которая началась с самого первого в мире робота конструкции Филона Византийского для смешивания и подачи вина, и которой, кстати говоря, ещё очень далеко до завершения.
История робототехники: как выглядели самые первые роботы?
Вот уже несколько сотен лет подряд человечество хочет максимально облегчить себе жизнь, переложив выполнение сложных задач на плечи роботов. И это у нас весьма хорошо получается, потому что уже сегодня любой желающий может купить робота-пылесоса за не такие уж и большие деньги и забыть о мытье полов. В больницах некоторых стран стран частью персонала являются роботы, предназначенные для ухаживания за пациентами. А на заводах производственные механизмы в автоматическом режиме собирают электронику и даже огромные автомобили. Но когда человечество вообще задумалось о разработке роботов и когда изобретателям удалось их создать? Многие скажут, что первого робота в мире создал всем известный Леонардо да Винчи — ведь неспроста среди его документов имелась схема сборки человекоподобного механизма? Но, на самом деле, первые роботы были созданы задолго до рождения итальянского художника и ученого.
«Мистер Телевокс» — один из первых американских роботов
Какие бывают роботы?
Слово «робот» произошло от слова robota, что можно перевести как «подневольный труд». То есть то, что называется «роботом», вопреки своей воле должно выполнять команды и по своей сути являться рабом. А если быть точнее, термин подразумевает под собой устройство, которое предназначено для выполнения определенного рода действий по заранее заданной инструкции. Обычно роботы получают информацию об окружающей обстановке со встроенных датчиков, которые играют роль органов чувств. А выполнением задач они занимаются либо самостоятельно, следуя заложенной программе, либо повинуясь командам другого человека. Назначение роботов может быть разным, начиная от развлечения людей и заканчивая сборкой сложных устройств.
Роботы бывают разные, но главное, чтобы они не вредили людям
Интересный факт: американский писатель-фантаст Айзек Азимов (Isaac Asimov) является автором трех законов робототехники. Первый — робот не может причинить вред человеку. Второй — робот должен повиноваться всем командам человека кроме тех, которые противоречат первому закону. Третье — робот должен заботиться о себе в ой мере, которая не противоречит первому и второму законам.
Первые роботы в истории
Если верить историческим данным, первые роботы в мире были созданы примерно в 300 году до нашей эры. Тогда, на маяке египетского острова Фарос, были установлены две огромные фигуры в виде женщин. В дневное время они хорошо освещались сами по себе, а ночью загорались искусственным светом. Время от времени они поворачивались и били в колокол, а ночью издавали громкие звуки. И все это делалось для того, чтобы прибывающие корабли вовремя узнавали о приближении к берегу и готовились к остановке. Ведь иногда, при возникновении тумана или кромешной ночи, берег можно было и не заметить. И этих женщин вполне можно назвать роботами, ведь их действия точно соответствуют значению слова «робот».
Маяк на острове Фарос
Робот Леонардо да Винчи
Изобретателем одного из первых роботов считается итальянский ученый Леонардо да Винчи. Судя по документам, обнаруженным в 1950-е годы, художник разработал чертеж человекоподобного робота в 1495 году. В схемах был изображен каркас робота, который был запрограммирован выполнять человеческие движения. Он обладал анатомически правильной моделью челюсти и умел садиться, двигать руками и шеей. Записи гласили, что поверх каркаса должна быть надета рыцарская броня. Скорее всего, идея создать «искусственного человека» пришла в голову художнику в ходе изучения человеческого тела.
К сожалению, ученым не удалось найти подтверждений тому, что робот Леонардо да Винчи действительно был создан. Скорее всего, идея так и осталась на бумаге и так и не была воплощена в реальность. Зато робот был воссоздан в современности, спустя сотни лет после разработки чертежа. Сборкой робота занялся итальянский профессор Марио Таддей, который считается экспертом по изобретениям Леонардо да Винчи. При сборке механизма он строго следовал чертежам художника и в конечном итоге создал то, чего хотел добиться изобретатель. Конечно, широкими возможностями этот робот не блещет, но зато профессор смог написать книгу «Машины Леонардо да Винчи», которая была переведена на 20 языков.
Первый робот-музыкант
Спустя несколько сотен лет после Леонардо да Винчи, попытки создать искусственного человека предпринимал французский механик Жак де Вокансон. Если верить историческим документам, в 1738 году ему удалось создать робота, строение которого полностью копирует анатомию человека. Он не мог ходить, зато отлично играл на флейте. Благодаря конструкции из множества пружин и устройств для вдувания воздуха в различные части механизма, робот-флейтист мог играть на духовом инструменте при помощи своих губ и движущихся пальцев. Демонстрация робота прошла в Париже и была описана в научном труде «Le mécanisme du fluteur automate».
Схема медной утки Жака де Вокансона
Помимо человекоподобного робота, Жак де Вокансон создал роботизированных уток из меди. По своей сути они были механическими игрушками, которые умели двигать крыльями, клевать корм и, как бы странно это не звучало, «испражняться». Сегодня такие технологии выглядели бы крайне странно. К тому же, подобные игрушки уже можно свободно купить в любом детском магазине. Там найдутся как ходячие фигурки, так и сложные роботы с дистанционным управлением. Но сотни лет назад медные утки наверняка казались чем-то волшебным.
Первый советский робот
В XX веке человечество уже осознало перспективы робототехники и всерьез занялось производством роботов. В те времена инженеры хотели создать человекоподобные механизмы, но на настоящих людей они не были похожи. По современным меркам они вовсе были металлическими монстрами, которые практически ничего не умели. Так, в 1928 году, американский инженер Рой Уэнсли показал публике робота «Мистер Телевокс», который умел двигать несколькими конечностями и выполнять простые голосовые команды.
Американский «Мистер Телевокс»
Советский союз тоже не хотел оставаться в стороне. В то время как в других странах разработкой сложных механизмов занимались серьезные дяденьки в толстых очках, в первый советский робот был создан 16-летним школьником. Им оказался Вадим Мацкевич, который в восьмилетнем возрасте создал компактную радиостанцию, а в 12 лет изобрел крошечный броневик, стреляющий ракетами. Он был весьма известным мальчиком и вскоре обзавелся всеми комплектующими, необходимыми для создания полноценного робота.
Первый советский робот «В2М»
Советский робот «В2М» был представлен в 1936 году в рамках Всемирной выставки в Париже. Его рост составлял 1,2 метра, а для управления использовалась радиосвязь. Человекоподобный робот умел выполнять 8 команд, которые заключались в движении разными частями тела. Из-за слабости моторов, робот не мог полноценно понимать правую руку и этот жест был похож на нацистское приветствие. Из-за этого недоразумения, робот «В2М» принес мальчику множество проблем и от репрессии его спасли только юношеский возраст и поддержка со стороны начальства органа СССР по борьбе с преступностью.
Вырезка из зарубежной газеты о новой версии робота «В2М»
В 1969 году юные последователи Мацкевича создали нового робота, основанного на конструкции «В2М». Этот андроид был представлен публике в рамках японской выставки «ЭКСПО-70» и тоже привлек к себе внимание мировой общественности. А сам Вадим Мацкевич все это время занимался созданием «технических» игр для школьников написал две популярные книги: «Занимательная история робототехники» и «Как построить робот». Мацкевич умер в 2013 году и в честь него был снят документальный фильм «Как один лейтенант войну остановил».
Современные роботы
Несмотря на все заслуги, титул «отца робототехники» принадлежит не Вадиму Мацкевичу, не Жаку де Вокансону и даже не Леонардо да Винчи. Этот титул был дан американскому инженеру Джозефу Энгельбергеру (Joseph Engelberger), который в 1956 году познакомился с изобретателем Джорджем Деволом (George Devol). Спустя три года со дня знакомства, они представили миру производственного робота Unimate #001. Впоследствии механизм был несколько раз усовершенствован и появился первый робот для сборки автомобилей. Его установили на одном из заводов General Motors для помощи в литье деталей.
Unimate #001 — первый промышленный робот
На протяжении следующих десятилетий робототехника скакнула далеко вперед. Примерно с 1970 по 2000 годы инженеры придумали множество новых датчиков и контроллеров, которыми можно управлять при помощи разных языков программирования. Роботы в современном обличье появились в 1999 году, когда компания Sony представила робота-собаку по кличке AIBO. Она ведет себя живой организм и умеет выполнять практически все собачьи команды.
История роботов AIBO
Вскоре после этого разработкой роботов занялась компания Boston Dynamics. О ней мы часто рассказываем на нашем сайте, а новости об обновлениях фирменных роботов публикуем в нашем Telegram-канале. Разумеется, до совершенства созданным роботам еще далеко и инженерам предстоит проделать много работы.