Робототехника: что это и как работает

Промышленность. Медицина. Образование. Космическая отрасль. Сельское хозяйство. Во всех этих и многих других сферах сейчас активно используются достижения робототехники. Практически в каждом доме есть робот-пылесос или умная колонка, на производствах — автоматизированные технологические линии, в операционных — высокоточные хирургические системы. Появились беспилотные автомобили, гуманоидные устройства, многочисленные секции по программированию для детей. И всё это благодаря стремительному развитию науки и техники. В статье разберём понятие робототехники, а также расскажем о трендах и перспективах дальнейшей роботизации.

Что такое робототехника?

Робототехникой называют прикладную науку, направленную на проектирование и создание роботов, а также изучающую возможности применения роботизированных устройств. 

Робототехника неразрывно связана со многими инженерными дисциплинами:

• программированием,
• радиотехникой,
• телемеханикой,
• электроникой,
• механикой,
• информатикой,
• мехатроникой,
• электротехникой.

Сочетание возможностей искусственного интеллекта с современными техническими разработками позволяет конструировать сложные устройства с управлением через ПО (программное обеспечение). Роботы оснащаются камерами, датчиками, лидарами, тепловизорами, манипуляторами, системами распознавания голоса, другими модулями. С помощью них роботизированные устройства могут:

• собирать информацию, обрабатывать её;
• строить карты местности, ориентироваться в пространстве;
• выполнять различные манипуляции, например собирать изделия, вести мониторинг территории, проводить уборку помещений, сортировать мусор.

В зависимости от заложенной в машину программы техника способна работать в автономном режиме либо под контролем оператора. Используя алгоритмы машинного обучения, разработчики могут научить роботов успешно решать даже сложные задачи, в том числе недоступные для человека. Например, робособак используют для поисково-спасательных работ на опасных участках, а бионические протезы позволяют практически полностью восстановить утраченные моторные функции.

Виды робототехники

Робототехнику принято классифицировать по отраслям. Существуют строительное, медицинское, бытовое, промышленное, авиационное, экстремальное направления. В последнее входит разработка техники для военных и космических нужд, а также для проведения различных подводных и иных опасных работ.

В отдельную категорию выделяют мобильную робототехнику. Этот раздел науки занимается решением задач по быстрой перенастройке роботизированных устройств под конкретные цели. Например, один и тот же робот может собирать готовые изделия, выполнять сварочные или лакокрасочные работы. Такую технику называют универсальной.

Сферы применения робототехники

Строительная отрасль

Строительные роботы ускоряют процесс возведения зданий, упрощают работу людей, сокращают риски, повышают качество строительства.

Во всем мире применяются следующие виды строительных роботов:

• коботы — используются для погрузочно-разгрузочных работ, сварки, склейки, подготовки строительных растворов;
• роботы для укладки кирпичей — за смену способны уложить свыше 3000 блоков;
• универсальные модели — применяются при штабелировании стройматериалов, укладки пенопластовых, стекловолоконных плит;
• самоходные вакуумные подъёмники — способны удерживать вес порядка 175 кг;
• крановые системы — предназначены для строительства высотных сооружений;
• устройства для сборки деревянных строений;
• телеуправляемые устройства для демонтажных работ.

Медицинская отрасль

В области медицины робототехника активно развивается во многих направлениях. Наиболее перспективными считаются разработки в сфере хирургии, протезирования, точечной доставки лекарств с помощью микророботов.

Автоматизированные системы также применяются для проведения диагностических процедур, реабилитации после операций и травм, дезинфекции помещений, доставки пациентам лекарств. В поликлиниках работают роботы-консультанты, с помощью которых можно записаться к врачу или получить нужную информацию.

Для пожилых людей и имеющих особенности здоровья разработаны интерактивные компаньоны. Они обеспечивают эмоциональный и психологический комфорт, снижая стрессовую нагрузку у своих «подопечных».

С каждым годом в мире появляется всё больше умных устройств. Так, современные биопринтеры позволяют создавать сложные биологические структуры для пересадки: кожу, сосуды, хрящи, внутренние органы. Однако это направление робототехники ещё находится на ранней стадии развития, поэтому говорить о повсеместном внедрении технологии пока нельзя.

Сфера услуг

В сфере обслуживания наиболее востребованы следующие роботы:

• уборщики,
• официанты,
• администраторы-консультанты.

Такие устройства получили название сервисных роботов. Большинство из них имеет интерактивный дисплей, отображающий дружелюбные эмоции, а также встроенный голосовой модуль. Робот может проводить посетителей к столику в ресторане, предложить меню, привезти заказ, показать рекламный ролик.

Промышленность

Промышленная робототехника — это область науки, отвечающая за разработку и создание роботизированных устройств для использования на производстве с целью замены ручного труда на автоматический. Типы классификации таких роботов приведены в таблице.

 

Тип классификации	Виды роботов
Способ работы	Автоматические Биотехнические Интерактивные
Грузоподъёмность	До 10 кг — лёгкие До 200 кг — средние До 1000 кг — тяжёлые Свыше 1000 кг — сверхтяжёлые
Манёвренность	Стационарные Самоходные
Способ установки	Напольные Подвесные Встраиваемые
Назначение	Универсальные Специальные Манипуляторы Обслуживающие Коботы

Робототехника: задачи и функции

Основная функция робототехники — упростить работу человека и сделать его жизнь комфортнее. Например, автоматизация технологических линий снижает риск производственных травм, а использование роботов-пылесосов позволяет вместо уборки отправиться на прогулку или заняться любимым хобби.

Робототехника решает шесть ключевых задач.

1. Перемещение. Стационарные роботы должны иметь определённый охват действий. Самоходные — уметь перемещаться и сохранять устойчивость при движении. Так, бионические роботы-собаки умеют передвигаться по сложной пересечённой местности, преодолевать крутые подъёмы, спуски, совершать головокружительные прыжки и даже выполнять трюки.

2. Ориентация в пространстве. С помощью лидаров, камер, другой техники роботы могут обрабатывать данные, строить карты местности и безошибочно по ним ориентироваться.

3. Манипуляции. Умные устройства должны уметь взаимодействовать с окружающими предметами — от украшения тортов марципановыми розочками до выполнения операций на сердце.

4. Коммуникация с человеком. В некоторых случаях важно, чтобы робот и человек могли совместно решать поставленные задачи.

5. Работа в связке с другими роботами. Важно, чтобы при одновременном использовании нескольких устройств они не мешали друг другу и могли обмениваться информацией.

6. Обучение искусственного интеллекта. Корректное использование обучающих алгоритмов позволяет создавать совершенные системы, способные выбирать оптимальный вариант действий даже в нестандартных ситуациях.

Развитие робототехники: тренды и перспективы

Сфера робототехники стремительно растёт и развивается. Сейчас уже никого не удивишь игрушками с сервоприводом, автономными пылесосами и электронными консультантами в МФЦ. С каждым годом устройства становятся всё сложнее, а их возможности — шире.

Гуманоидные роботы, раньше остававшиеся прерогативой писателей-фантастов, сейчас тоже стали привычной частью реальности. Данные устройства считаются наиболее перспективными и сложными среди всех существующих роботизированных платформ. Их используют в логистике, медицине, производственных циклах, научных исследованиях, области развлечений, услуг, образования.

Развитие робототехники привело в том числе к появлению беспилотного транспорта. Роботизированные такси можно увидеть, например, в Сириусе, Иннополисе, Москве. Для гражданских и военных целей на Земле активно используются БПЛА, а в космосе для обслуживания МКС применяется канадарм — передвижной робототехнический комплекс.

Стремительное развитие робототехники в наши дни идёт по трём основным направлениям:

• совершенствование систем искусственного интеллекта и алгоритмов машинного обучения;
• разработка бытовых и развлекательных устройств;
• увеличение качества и продолжительности жизни людей за счёт активного внедрения инновационных технологий в медицинскую отрасль.

Несмотря на перспективность всеобщей роботизации, повсеместное внедрение высоких технологий пока невозможно. Этому препятствует высокая стоимость инноваций и отсутствие соответствующей правовой базы. Однако по мере появления новых разработок универсальные и нишевые модели для решения различных задач становятся более доступными и распространёнными.

 

 

Поделиться