Робот

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Робот-андроид ASIMO, производство Honda

Ро́бот (чеш. robot, от robota — подневольный труд или rob — раб) — автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными)[1][2]. При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно.

« Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Люди получили верного помощника, способного не только выполнять опасные для жизни человека работы, но и освободить человечество от однообразных рутинных операций.
И. М. Макаров, Ю. И. Топчеев. «Робототехника: История и перспективы»[3]
»

Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными. В настоящее время в промышленном производстве широко применяются различные роботы, внешний вид которых (по причинам технического и экономического характера) далёк от «человеческого».

Зачастую «роботами» называют человекообразные автоматы (автоматоны).

История возникновения слова[править | править вики-текст]

Слово «робот» было придумано чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использовано в пьесе Чапека «Р. У. Р.» («Россумские универсальные роботы», 1920).

До появления промышленных роботов считалось, что роботы должны выглядеть подобно людям.

Предыстория[править | править вики-текст]

Мифические искусственные существа[править | править вики-текст]

Идея искусственных созданий впервые упоминается в древнегреческом мифе о Кадме, который, убив дракона, разбросал его зубы по земле и запахал их, из зубов выросли солдаты, и в другом древнегреческом мифе о Пигмалионе, который вдохнул жизнь в созданную им статую — Галатею. Также в мифе про Гефеста рассказывается, как он создал себе различных слуг. Еврейская легенда рассказывает о глиняном человеке — Големе, который был оживлён пражским раввином Йехудом Бен Бецалелем при помощи каббалистической магии.

Похожий миф излагается в скандинавском эпосе Младшая Эдда. Там рассказывается о глиняном гиганте Мисткалфе, созданном троллем Рунгнером для схватки с Тором, богом грома.

Технические устройства[править | править вики-текст]

Сведения о первом практическом применении прообразов современных роботов — механических людей с автоматическим управлением — относятся к эллинистической эпохе. Тогда на маяке, сооружённом на острове Фарос, установили четыре позолоченные женские фигуры. Днём они горели в лучах солнца, а ночью ярко освещались, так что всегда были хорошо видны издалека. Эти статуи через определённые промежутки времени, поворачиваясь, отбивали склянки; в ночное же время они издавали трубные звуки, предупреждая мореплавателей о близости берега[4].

Прообразами роботов были также механические фигуры, созданные арабским учёным и изобретателем Аль-Джазари (1136—1206). Так, он создал лодку с четырьмя механическими музыкантами, которые играли на бубнах, арфе и флейте.

Чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн, скорее всего, основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианском человеке. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота[5].

С начала XVIII века в прессе начали появляться сообщения о машинах с «признаками разума», однако в большинстве случаев выяснялось, что это мошенничество. Внутри механизмов прятались живые люди или дрессированные животные.

Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. Он также изготовил механических уток, которые, как говорили, умели клевать корм и «испражняться».

Хронология[править | править вики-текст]

  • 1921 — чешский писатель Карел Чапек представил публике пьесу под названием «Р. У. Р.» («Россумские Универсальные Роботы»)[6], откуда и взяло начало слово «робот» (от словацк. robota).
  • 1930-е — появились конструкции внешне напоминающих человека устройств, способных выполнять простейшие движения и воспроизводить фразы по команде человека. Имеются подтвержденные данные о 38 подобных роботах, созданных преимущественно компанией Вестингауз, немецкими и голландскими инженерами в целях рекламы. Первый такой «робот» Televox был сконструирован американским инженером Джеймсом Уэнсли для Всемирной выставки в Нью-Йорке в 1927 году.[7]
  • 1950-е — для работы с радиоактивными материалами стали разрабатывать механические манипуляторы, которые копировали движения рук человека, находящегося в безопасном месте.
  • 1960 — дистанционно управляемая тележка с манипулятором, телекамерой и микрофоном применялась для осмотра местности и сбора проб в зонах высокой радиоактивности.
  • 1968 — японская компания Kawasaki Heavy Industries, Ltd. получила лицензию на производство робота от американской фирмы Unimation Inc. и собрала своего первого промышленного робота. С тех пор Япония начала неуклонное движение к тому, чтобы стать мировой столицей роботов — с более чем 130 компаниями, вовлеченных в их производство. Изначально сконструированные в США, первые роботы Японии импортировались в малых количествах. Инженеры изучали их и применяли в производстве в таких специфических работах, как сварка и распыление. В 70-х годах были разработаны многочисленные возможности практического применения в данной области.
  • 1980 — коммерческое начало для роботов, производимых на основе высоких технологий. С этого момента рынок начал расти, несмотря на обвал, произошедший в экономике Японии, и на то, что производство (в основном потребительская электроника) было перемещено за рубеж, что повлияло на уменьшение спроса внутри страны в 90-х годах. Постепенно японская экономика восстановилась, и с 2003 года опять наблюдается рост.

В настоящее время на долю Японии приходится около 45% функционирующих в мире промышленных роботов. Если говорить об абсолютных цифрах, то к концу 2004 года в Японии было задействовано 356500 промышленных роботов, на втором месте со значительным отрывом шли Соединенные Штаты Америки (122000 промышленных роботов). Япония также занимает первое место в мире и по экспорту промышленных роботов. Ежегодно эта страна производит более 60 тысяч роботов, почти половина из которых идет на экспорт. Такой разрыв, безусловно, делает нашествие японских роботов ещё более заметным.

  • 1982 — 18—27 октября 1982 г. в Ленинграде, в выставочном комплексе в Гавани проходила (вероятно, первая в СССР) Международная выставка «Промышленные роботы-82».
  • 1986 — в Чернобыле впервые в СССР применены роботы для очистки радиоактивных отходов.

Типы роботов[править | править вики-текст]

Промышленные роботы[править | править вики-текст]

Появление станков с числовым программным управлением (ЧПУ) привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Несмотря на их высокую стоимость, численность промышленных роботов в странах с развитым производством быстро растёт. Основная причина массовой роботизации такова: «Роботы выполняют сложные производственные операции по 24 ч в сутки. Выпускаемая продукция при этом имеет высокое качество. Они... не болеют, не нуждаются в обеденном перерыве и отдыхе, не бастуют, не требуют повышения заработной платы и пенсии. Роботы не подвержены влиянию температуры окружающей среды либо воздействию газов или выбросов агрессивных веществ, опасных для жизни человека»[8].

Медицинские роботы[править | править вики-текст]

В последние годы роботы получают всё большее применение в медицине; в частности, разрабатываются различные модели хирургических роботов. Ещё в 1985 году робот Unimation Puma 200[en] был использован для позиционирования хирургической иглы при выполнении биопсии головного мозга, проводившейся под управлением компьютера[9]. В 1992 году разработанный в Имперском колледже Лондона робот ProBot впервые осуществил операцию на предстательной железе, положив начало практической роботизированной хирургии. С 2000 года компания Intuitive Surgical серийно выпускает робот Da Vinci, предназначенный для лапароскопических операций и установленный в нескольких сотнях клиник по всему миру[10].

Бытовые роботы[править | править вики-текст]

Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.

В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.

Всё большую популярность набирают роботы-уборщики (по своей сути — автоматические пылесосы), способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

Роботы для обеспечения безопасности[править | править вики-текст]

В последнее время роботы всё чаще применяются силовыми структурами: полицией, органами государственной безопасности, аварийно-спасательными службами, силами ведомственной и вневедомственной охраны. В 2007 году в Перми прошли первые испытания робота-полицейского Р-БОТ 001, разработанного московской компанией «Лаборатория Трёхмерного Зрения»[11]. При тушении пожаров применяют роботизированные установки пожаротушения.

Для оперативной разведки агентства по чрезвычайным ситуациям и полиция используют «летающих роботов» (беспилотные летательные аппараты)[12]. При проведении под водой обследования потенциально опасных объектов и поисково-спасательных работ службы МЧС России используют подводные роботы серии «Гном», выпускаемые с 2001 года московской компанией «Подводная робототехника»[13].

Боевые роботы[править | править вики-текст]

Swords — боевая система наблюдения и разведки.

Боевым роботом называют автоматическое устройство, заменяющее человека в боевых ситуациях или при работе в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т. п. Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли). В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.

В Технологическом институте Джорджии под руководством профессора Хенрика Кристенсена разработаны напоминающие муравьёв инсектоморфные роботы, способные обследовать здание на предмет наличия там врагов и мин-ловушек (доставляются к зданию «главным роботом» — мобильным роботом на гусеничном ходу). Получили распространение в войсках и летающие роботы. На начало 2012 года военными во всём мире использовались около 10 тысяч наземных и 5 тысяч летающих роботов; 45 стран мира разрабатывало или закупало военных роботов[12].

Роботы-учёные[править | править вики-текст]

  • Первые роботы-учёные Адам и Ева были созданы в рамках проекта Robot Scientist университета Аберистуита и в 2009 году одним из них было совершено первое научное открытие[14].
  • К роботам-учёным безусловно можно отнести роботов, с помощью которых исследовались вентиляционные шахты Большой Пирамиды Хеопса. С их помощью были открыты т. н. «дверки Гантенбринка» и т. н. «ниши Хеопса». Исследования продолжаются.

Технологии[править | править вики-текст]

Система передвижения[править | править вики-текст]

Робот на гусеничном ходу

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсный или гусеничный движитель (примерами подобных роботов могут служить Warrior и PackBot). Реже используются шагающие системы (примерами подобных роботов могут служить BigDog и Asimo). Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.

Внутри помещений, на промышленных объектах роботы передвигаются вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям, по трубам используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками[15][16]. Также известны роботы, использующие принципы движения живых организмов — змей[17][18], червей[19], рыб[20][21], птиц[22], насекомых[23] и других; соответственно, говорят о ползающих[24][25], инсектоморфных (от лат. Insecta ‘насекомое’)[26] и других типах роботов бионического происхождения.

Система распознавания образов[править | править вики-текст]

Системы распознавания уже способны определять простые трехмерные предметы, их ориентацию и композицию в пространстве, а также могут достраивать недостающие части, пользуясь информацией из своей базы данных (например, собирать конструктор Lego).

Двигатели[править | править вики-текст]

В настоящее время обычно используются двигатели постоянного тока, двигатели внутреннего сгорания, шаговые электродвигатели и сервоприводы.

Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля) (см. электроактивные полимеры), которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.

Искусственный интеллект (AI)[править | править вики-текст]

Технология подзарядки[править | править вики-текст]

Разработаны технологии, позволяющие роботам самостоятельно осуществлять подзарядку, находя и подсоединяясь к стационарной зарядной станции. В настоящий момент в разных лабораториях проходят испытания различных систем, обеспечивающих бесконтактную подзарядку аккумуляторов в помещениях (например, направленным мощным инфракрасным лазером или индукционным принципом).

Математическая база[править | править вики-текст]

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трёхмерном мире: робот-собака Aibo под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец, самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами (погремушками в детском манеже). Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.

Навигация[править | править вики-текст]

Системы построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучом широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересечённой местности с учётом неожиданно возникающих препятствий).

Внешний вид[править | править вики-текст]

В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики «лица» роботов[27].

В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного выражать свои эмоции — счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение — с помощью жестов и мимики. Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги[28].

Производители роботов[править | править вики-текст]

Существуют компании, специализирующиеся на производстве роботов (среди крупнейших — iRobot Corporation). Роботов также выпускают некоторые компании, работающие в сфере высоких технологий: ABB, Honda, Mitsubishi, Sony, World Demanded Electronic, Gostai, KUKA.

Проводятся выставки роботов, напр. самая крупная в мире International robot exhibition (iRex) (проводится в начале ноября раз в два года в Токио, Япония)[29][30]

Известные модели роботов[править | править вики-текст]

Существует несколько моделей роботов, получивших широкую известность:

и другие.

Трагические факты[править | править вики-текст]

  • В 1981 году Кэндзи Урада, рабочий завода Kawasaki стал первой официальной жертвой, погибшей от руки робота[31]. С этого времени число жертв роботов растёт, несмотря на внедрение усовершенствованных механизмов безопасности.

Роботы как хобби[править | править вики-текст]

Существует направление моделизма, которое подразумевает создание роботов. Сейчас моделисты делают как радиоуправляемых роботов, так и автономных.

Проводятся соревнования по нескольким основным направлениям.

Российские соревнования мобильных роботов:

  • Молодёжный научно-технический фестиваль «Мобильные роботы»[34]
  • Российская национальная лига евробот[35]
  • «Робофест» в Москве

К соревнованиям автономных роботов относятся: перемещение по контрастной полосе на скорость, борьба сумо, футбол роботов.

Шагающий робот, собранный из набора Robotis Bioloid

Изобретатель Пит Редмонд (Pete Redmond) создал робота RuBot II, который может собрать кубик Рубика за 35 секунд.

Роботы в культуре[править | править вики-текст]

Робот из фильма «День, когда Земля остановилась», ставший прообразом многих роботов в кино-фантастике

Роботы как культурный феномен появились с пьесой Карела Чапека «R.U.R.», описывающую конвейер, на котором роботы собирают самих себя. С развитием технологии люди всё чаще видели в механических созданиях что-то больше, чем просто игрушки. Литература отразила страхи человечества по поводу возможности замены людей их собственными творениями. В дальнейшем эти идеи развиваются в фильмах «Метрополис» (1927), «Бегущий по лезвию» (1982) и «Терминатор» (1984). Как роботы с искусственным интеллектом становятся реальностью и взаимодействуют с человеком, показано в фильмах «Искусственный разум» (2001) режиссёра Стивена Спилберга и «Я, робот» (2004) режиссёра Алекса Пройяса.

  1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.
  2. Робот должен повиноваться всем приказам, которые даёт человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому Закону.
  3. Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому и Второму Законам.
  • Разнообразное аниме, где фигурируют боевые или другие роботы, популярно в Японии и даже перешло в отдельный жанр меха. В этом жанре меха были созданы многие культовые аниме, ставшие в мире символами японской анимации: Transformers, Gundam, Voltron, Neon Genesis Evangelion. Во многом благодаря этому начиная с 1980—1990 гг. роботы стали частью национальной культуры Японии, а также частью стереотипов о ней.
  • В браузере Mozilla Firefox, начиная с 3-й версии, есть специфичная страница about:robotsвиртуальное пасхальное яйцо с шуточным посланием от роботов к людям.
  • В 1970-е и 1980-е гг. тема роботов была популярна среди эстрадных и рок-исполнителей.
  • Compressorhead — музыкальный коллектив, состоящий из роботов.

См. также[править | править вики-текст]

Прочее:

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Робот — статья из энциклопедии «Кругосвет»
  2. Робот — статья из Большой советской энциклопедии
  3. Макаров, Топчеев, 2003, с. 3
  4. Макаров, Топчеев, 2003, с. 6
  5. http://chip-news.ru/archive/chipnews/200402/Article_14.pdf
  6. РУР
  7. Роботы 1920-1930-х годов.
  8. Макаров, Топчеев, 2003, с. 174
  9. Kwoh Y. S., Hou J., Jonckheere E. A., Hayall S.  A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery // IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 35 (2), 1988. — P. 153—161.
  10. Хирургическая система da Vinci Robot фирмы Intuitive Surgical (США)
  11. Лаборатория Трёхмерного Зрения. Роботопатрульная служба
  12. 1 2 Элизабет Бро.  Армия матрицы // Metro Москва. — 2012. — № 14 за 22 февраля. — С. 10.
  13. Аппарат «Гном». Поисково-спасательные работы
  14. Робот-учёный совершил первое открытие (рус.). Lenta.ru (3 апреля 2009). Проверено 8 января 2010. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  15. Градецкий В. Г., Вешников В. Б., Калиниченко С. В., Кравчук Л. Н.  Управляемое движение мобильных роботов по произвольно ориентированным в пространстве поверхностям. — М.: Наука, 2001. — 360 с.
  16. Градецкий В. Г., Князьков М. М., Кравчук Л. Н.  Методы движения миниатюрных управляемых внутритрубных роботов // Нано- и микросистемная техника. — 2005. — № 9. — С. 37—43.
  17. ACM-R5 (недоступная ссылка с 22-05-2013 (518 дней) — историякопия)
  18. Hirose S.  Biologically Inspired Robots: Snake-Like Locomotors and Manipulators. — Oxford: Oxford University Press, 1993. — 240 p.
  19. Gonzáles-Gómez J., Aguayo E., Boemo E.  Locomotion of a Modular Worm-Like Robot Using a FPGA-based Embedded MicroBlaze Soft-processor // Proc. 7th Intern. Conf. on Climbing and Walking Robots, CLAWAR 2004. Madrid, Sept. 2004. — Madrid, 2004. — P. 869—878.
  20. Entertainment Robotics — Robotic fish powered by Gumstix PC and PIC
  21. Air-Ray Ballonet
  22. Flying Robot Bird Unveiled
  23. Grasshopper robot can leap 27 times its body length
  24. Ostrowski J., Burdick J.  Gait Kinematics for a Serpentine Robot // Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation. Minneapolis, 1996. — New York, 1996. — P. 1294—1299.
  25. Осадченко Н. В., Абдельрахман А. М. З.  Компьютерное моделирование движения мобильного ползающего робота // Вестник МЭИ. — 2008. — № 5. — С. 131—136.
  26. Голубев Ю. Ф., Корянов В. В.  Построение движений инсектоморфного робота, преодолевающего комбинацию препятствий с помощью сил кулоновского трения // Известия РАН. Теория и системы управления. — 2005. — № 3. — С. 143—155.
  27. Фотография робота с человеческой мимикой
  28. В Японии создан эмоциональный робот // Дни.Ру, 24.06.2009
  29. INTERNATIONAL ROBOT EXHIBITION 2013
  30. Япония: Международная выставка роботов (69 фото+видео)
  31. Самые нелепые и странные смерти в истории человечества
  32. Роботы-убийцы (Роботам запретят причинять вред людям) // www.infox.ru
  33. В Китае прошли Олимпийские игры среди роботов
  34. Информационное письмо — Официальный сайт Молодёжного научно-технического фестиваля «Мобильные роботы»
  35. http://eurobot.uni-r-c.ru/
  36. Сергей Бережной. Айзек Азимов: Человек, который писал еще быстрее. Русская фантастика (1994). Проверено 14 января 2007. Архивировано из первоисточника 25 января 2012.

Литература[править | править вики-текст]

  • Макаров И. М., Топчеев Ю. И.  Робототехника: История и перспективы. — М.: Наука; Изд-во МАИ, 2003. — 349 с. — (Информатика: неограниченные возможности и возможные ограничения). — ISBN 5-02-013159-8.

Ссылки[править | править вики-текст]

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «робот»