Что такое робот?

С развитием робототехники в нашу жизнь вошли самые разные роботизированные устройства начиная от уже привычного домашнего робота-пылесоса и заканчивая сложнейшими хирургическими системами. В статье разберём, что скрывается под понятием «робот», а также расскажем об основных компонентах умных машин, сферах их применения, перспективах роботических технологий.

Что такое робот? Основные определения

Впервые слово «робот» использовал художник Йозеф Чапек, брат чешского драматурга Карела Чапека. Это название было придумано для пьесы под названием R.U.R («Россумские универсальные роботы»), написанной в 1920 году. Интересно, что в реальном мире первое роботизированное устройство появилось более чем на 30 лет позже, в 1954 году.

Современные роботы значительно отличаются от придуманных фантастами. Поэтому, чтобы избежать разночтений, предлагаем изучить основные термины, принятые в сфере робототехники.

 

Термин	Определение
Робототехника	Область науки, отвечающая за проектирование, конструирование, программирование роботизированной техники
Робот	Техника, которая способна выполнять определённые задачи без участия человека или под контролем оператора. Производится в виде механических устройств либо виртуальных помощников
Искусственный интеллект (ИИ)	Технология, наделяющая роботов достоверной имитацией человеческого интеллекта. Машины или программы на базе ИИ способны самостоятельно обучаться, решать задачи, принимать обоснованные решения
Программирование	Процесс написания кода с алгоритмами действий, которые должен выполнять робот в зависимости от ситуации
Автоматон	Кукла или другое устройство с механическим приводом

Книги и кинокартины заложили общее представление о роботах, согласно которому машины с ИИ должны быть похожими на человека. Однако превалирующее большинство роботизированной техники не имеет гуманоидной формы. Например, в промышленности разработчики на первое место ставят скорость и точность выполнения технологических операций, а не внешний вид. Сейчас устройства с псевдочеловеческим обликом в основном используются в сферах развлечения, реабилитации и образования.

История и развитие роботов

Поразительно, но первые прототипы роботов появились ещё в Древней Греции. Так, в музее «Гераклидон» в Афинах представлен движущийся автомат в виде женщины, предназначенный для подачи вина и его разбавления водой. Устройство было воссоздано в 2017 году по древнегреческим чертежам.

По некоторым сведениям, в Средние века люди также создавали самодвижущиеся устройства. Например, по одной из легенд, учёный Альберт Великий создал механическую служанку, которая умела двигаться и даже говорить. Но его ученик Фома Аквинский посчитал автоматон созданием дьявола и уничтожил его. Чертежей и записей не сохранилось.

Упоминания об автоматонах встречаются в истории Древнего Китая, Багдада, Османской империи. Например, Абу аль-Из ибн Исмаил ибн аль-Раззаз аль-Джазари, изобретатель из Диярбакыра, в своём трактате описал порядка 50 механизмов. В том числе — водяные Слоновые часы. Сегодня их точная копия установлена в Дубае в торговом центре «Ибн Баттута Молл».

В 1560 году Хуанелло Турриано создал механического монаха, умеющего молиться и целовать распятие. Этот механизм сохранился до наших дней и находится в США, в Смитсоновском институте. Не обошли стороной автоматоны и такие учёные, как Леонардо да Винчи и Галилео Галилей.

Несмотря на все достоинства автоматонов, в полной мере роботами их назвать нельзя. Это чисто механические устройства, в то время как достижения современной робототехники сочетают электронику, датчики, механику и программное обеспечение. 

Первые роботизированные системы, ставшие площадкой для развития технологий XXI века, появились только в 1940-х годах. Это были аналоговые устройства в виде черепах. В 1978 году мир увидел цифровой промышленный робот-манипулятор PUMA. В нём вместо конденсаторов, фоторезисторов, транзисторов уже использовались микроконтроллеры и цифровые сигналы. В процессе эволюции робототехники в этот же период японские инженеры разработали первого робота, отдалённо похожего на человека. 

Сегодня на рынке робототехники представлены различные виды роботов, способных обрабатывать огромные массивы данных, выполнять опасные работы, проводить сложные операции. Одни из современных машин не имеют ничего общего с обликом человека, другие облечены в гуманоидную форму.

Как устроен робот? Основные элементы

Современные роботы состоят из четырёх основных компонентов: корпуса, манипуляторов, системы управления, ходовой части.

• Корпус может иметь любые размеры и форму. Так, у андроидов корпус похож на туловище человека, а в основе транспортёров лежит плоская платформа.

• Манипуляторы предназначены для взаимодействия с различными предметами. Без них выполнение задач — например, работа по сборке или сварке изделий — будет невозможным. Зачастую данные комплектующие поставляются опционально, то есть в исходной модификации робот может не иметь манипуляторов.

• Система управления представляет собой сложный комплекс из центрального процессора и множества датчиков. Датчики используются для сбора информации об окружающей среде, а центральный процессор — для обработки и анализа полученных данных. На основе этих сведений искусственный интеллект принимает решение о выполнении того или иного действия.

• Ходовая часть. Большинство современных промышленных роботов, например которые используются на автоматических сборочных линиях, не имеют ходовой части в классическом варианте исполнения. Однако для выполнения многих технологических операций система должна иметь определённую свободу действий, за которую отвечает именно ходовая часть. Самоходные устройства оснащаются колёсной либо гусеничной базой. Андроиды перемещаются как человек — на двух ногах, робособаки, соответственно, на четырёх.

Принцип работы робота

Как уже упомянули, чтобы роботы могли воспринимать информацию из окружающего мира, их оснащают разнообразными датчиками — например, лидарами, камерами, тепловизорами. Сигналы от датчиков поступают на электронные платы с микроконтроллерами или в запрограммированные электронные системы. Задача этих устройств — распознать сигнал, обработать его согласно заложенной программе, а затем отдать команду соответствующим приводам, моторам, гидравлическим поршням.

За решение задачи взаимодействия между всеми механическими элементами, датчиками, электронными системами отвечает программное обеспечение, то есть написанный разработчиками код. Для основных команд обычно используют языки программирования Python и C++.

Какие функции выполняет робот? Возможности и задачи 

Современные роботы на базе искусственного интеллекта помогают человеку в выполнении сложных работ, в том числе опасных для жизни. 

Промышленные роботизированные системы используются практически во всех производственных сферах, например:

• автомобильной,
• металлообрабатывающей,
• пищевой,
• авиастроительной,
• железнодорожной,
• деревообрабатывающей.

В сфере здравоохранения роботы способны выполнять диагностические исследования, проводить различные виды сложных операций, обеспечивать развозку лекарств по палатам, выступать в качестве консультантов-администраторов, обучающих пособий.

В военной сфере развитие робототехники позволило использовать беспилотные летательные аппараты. Они отвечают за выполнение разведывательных задач, нанесение точечных ударов по целям. Также ведутся разработки по созданию наземных и подводных систем, которые можно применять для обезвреживания взрывных устройств, оборонительных целей.

Роботические технологии не обошли стороной сельское хозяйство, сферу образования и услуг, космическую отрасль, логистическое направление. Роботы всё активнее используются в быту. Интерактивные игрушки, роботы-пылесосы, автоматические кофеварки, системы умного дома — все эти и многие другие гаджеты стали привычной частью повседневной жизни множества людей.

Перспективы развития инноваций

Несмотря на то что многие компании активно внедряют роботические системы и автоматизируют производство, разработчикам предстоит ещё много работы. Наука о робототехнике до сих пор находится на раннем этапе развития. Так, одним из наиболее перспективных направлений считается создание роботов-гуманоидов. Такие системы обладают огромным потенциалом для программирования и могут выполнять множество рутинных задач, например в сфере логистики, медицины, различных производственных операций. 

Одна из актуальных задач — удешевление роботизированных систем, снижение периода их окупаемости. Это позволит большему числу компаний привлекать роботов для выполнения рутинных работ.

Также остаются открытыми вопросы нравственности и этики использования роботов — предполагается, что в будущем они будут закреплены на законодательном уровне.

 

Поделиться