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.
https://www.youtube.com/watch?v=ZUsih_E4B50
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 интереснорассказывается 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.
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.
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.
История боевых роботов
Над первыми беспилотными самолетами начали работать еще в первой половине XX века. В 1935 году в Великобритании создали беспилотный летательный аппарат многократного использования, максимальная скорость которого могла достигать 170 км/ч.
Позже к разработке летающих беспилотников подключились и США. В 1948 году там выпустили разведывательный AQM-34, через три года беспилотник уже рассекал воздушное пространство, после чего его пустили в массовое производство. В конце 1950-х годов у США появился разведывательный Aerojet SD-2 Overseer: его и дроны следующего поколения разведка начала активно использовать для слежки во Вьетнаме, Китае и в Северной Корее.
В Советском Союзе тоже не отставали от мировых трендов, и в 1963 году беспилотник Ла-17Р, построенный на базе летающей мишени Ла-17, совершил свой первый полет. Позже его модернизировали до беспилотного самолета-разведчика Ла-17РМ. Позднее появились Ту-123 «Ястреб», Ту-14 «Стриж» и Ту-143 «Рейс».
Самый мощный беспилотник — «Ястреб» — был длиной в 28 м, размах его крыла достигал почти 8,5 м, а высота — 5 м. Он мог делать воздушные фото и занимался радиоразведкой на дистанции в 3 200 км, эквивалентном расстоянию от Москвы до Лондона. «Ястреб» наблюдал за аэродромами, военно-промышленными объектами и базами, системами ПВО и противоракетной обороны, а также фиксировал результаты применения оружия массового поражения.
В конце 1970-х годов у Советской армии появился беспилотник-разведчик «Стриж», который приземлялся с помощью парашюта. «Стриж» мог преодолевать расстояние в 1 000 км на высоте в 6 000 м. Такой беспилотник справлялся с разведкой в несколько сотен километров от линии фронта на трансзвуковых скоростях.
«Стриж» был оснащен инфракрасными приборами слежения, благодаря которым справлялся с наблюдением даже в сложных условиях видимости. На базе этого беспилотника вскоре появился комплекс «Рейс» — облегченная и уменьшенная версия «Стрижа». Его использовали для ведения тактической маловысотной разведки в прифронтовой полосе.
Мировой рынок промышленных роботов в 2020 году глазами ifr
Пробежимся по итогам 2020 года глазами IFR.
✔️ Объемы продаж промышленных роботов вновь выросли (привет антипандемийной суете)
✔️ Число новых промышленных роботов – 383.5 тысяч, годовой рост 0.5%, среднегодовой прирост в период 2023-2020 9%.
✔️ Общее число установленных промышленных роботов – 3.0 млн ( 10%). Среднегодовой прирост в период 2023-2020 составил 13%.
В IFR оценивают общее число установленных (действующих) промышленных роботов во всем мире по итогам 2020 года в 3,015,000 штук. То есть сейчас их порядка 3,3 млн.
Если смотреть по годам, то после пика 2023 года, ежегодный прирост числа промышленных роботов еще ни разу не превзошел те показатели.
Но темпы роботизации остаются высокими.
Если посмотреть разбивку числа новых промышленных роботов по годам по отраслям, можно заметить, что на 1-е место по их потреблению вышла отрасль производства сборки электроники и электроизделий, потеснив прежнего лидера – автосборку.
К сожалению, IFR не удается собрать данные по многим из купленных роботов, поэтому о том, как будут использоваться 86 тысяч новых роботов ежегодно можно только гадать. Будем надеяться, что не для производства оружия.
В разбивке по специализации, то есть по тому, чем именно занимаются промышленные роботы, заметно выделяется “перекладывание”. Это основная операция – ею заняты 166 тысяч робот из закупленных в 2020 году.
На втором месте – сварка, 66 тысяч, доля роботов, закупаемых под это применение снижается.
На третьем месте – сборочные операции – здесь, напротив, видим рекордных за 3 года результат.
Cleanroom – ? Применение промышленных роботов в “чистых комнатах”, в микроэлектронике? Не знаю точно, о чем идет речь.
Dispensing (розлив, развес) – неожиданно значительное количество роботов используется для этих операций. Впрочем, здесь тоже заметно некоторое снижение.
И вновь способ применения большого числа роботов либо не ясен, либо речь идет о каком-то варианте, не относящемся к перечисленным на картинке. Способы применения, безусловно, множатся.
Доля коллаборативных роботов на рынке растет, но пока что остается более, чем скромной, лишь 5,7% от общего количества промышленных и коллаборативных роботов.
22 тысячи коботов было продано в 2020 году, не густо. Но, возможно, вынужденное затворничество части людей приведет к тому, что их станут закупать в больших объемах?
Распределение по укрупненным регионам особо не менялось,
Азиатские рынки пылесосят все производства промышленных роботов в мире, включая и развернутые во множестве производства в Китае – китайские и зарубежных вендоров.
Это залог большей гибкости китайских производств, залог независимости от роста рабочей силы.
В Америках наблюдаем продолжение спада, это наглядное подтверждение негативных процессов в США. Впрочем, и Европа выглядит скромно.
Абсолютное большинство роботов ушло в Китай (некоторые из него и не выезжали, а были произведены на месте). Первое место с 168,4 тыс.
На втором месте – Япония, здесь раньше других распробовали пользу роботизации. 38,7 тыс.
Третье-четвертое место делят США и Корея с показателями 30,8 и 30,5, тыс. соответственно.
На 5-м месте – Германия, с 22,3 тыс., далее несущественно.
Россия традиционно не попала даже в Топ-15. Неужели в 2020 году продажи промышленных роботов не дотянули даже до 2300 штук? Уступаем и Индии, и Мексике, Таиланду уступаем.
Китай, безусловно, поражает абсолютными цифрами прироста. Массированные закупки роботов укрепляют производственную мощь этой страны.
Впрочем, не будем покупаться на абсолютные числа, нужно будет посмотреть на соотношение числа роботов и числа работников на предприятиях.
Китай активно задействует роботов для сборки электроники и электрических изделий – сегмент проглотил еще 63 тысячи роботов.
Автопром, похоже, уже успел насытиться и взял только 27 тыс.
Металлургические и машиностроительные компании также были активны, закупив 19 тысяч роботов.
Среди других крупных потребителей – изготовители резиновых и пластмассовых изделий – 5 тысяч, пищепром – 3 тысячи, фарма и косметика – 1 тысяча (эти сегменты ранее к роботам почти не проявляли интереса).
Япония, хотя и на втором месте, но позиции, похоже, сдает, 39 тыс. роботов в 2020 году – это заметно меньше 50 тыс. в 2023 и 55 тыс. в 2023-м.
В Японии также лидером по потреблению промышленных роботов в 2020 году стала сборка электроники и электрических приборов, но закуплено 13374 робота, что меньше, чем в 2023 и 2023 годах. Аналогично, но еще значительнее сократилось количество роботов, которое закупили в автопроме – до 7113 штук.
Печальная ситуация складывается с США, пока власть и курс страны не сменятся (или пока она не развалится), все, скорее всего, будет так же грустно.
31 тысяча роботов в 2020 году, это почти на четверть меньше, чем 40 тысяч в 2023 году.
Отставание заметно и по распределению роботов по отраслям, основное их количество, 10,5 тыс ушло по-прежнему в автопром, страдающий от нехватки чипов.
А сборка электроники пополнилась всего 3,7 роботами. Это серьезная заявка на все большее отставание от Кореи, Тайваня, Китая.
Интересно, что в США сравнительно много роботов идет в индустрию еды – 2715. А металлургия, опять же, выглядит слабо с 2294 роботами, установленными в 2020 году.
Интересно было бы узнать, почему продолжает замедляться роботизация Кореи? Достигнуто насыщение? Далее уже невыгодно роботизировать то, что еще не роботизировано?
Так или иначе, но в 2020 году установлена “только” 31 тысяча роботов.
Вряд ли можно удивляться тому, что на первом месте остается роботизация полупроводникового производства – 7968 роботов. Это меньше, чем 2023 и 2023 году, но вполне внушительно, больше, чем 7610 роботов, которые пошли в сборку электроники, где, кстати, можно наблюдать рекордное число внедрений для периода 2023-2020.
Автопром – на 3-м месте, здесь число установок составило 5386, больше, чем в 2023 году.
Многовато роботов было куплено неизвестно для чего, 6661. Так что цифры по рынку могут заметно отличаться от представленных, если бы удалось все посчитать более тщательно.
Германия. Стабильность. 22 тысячи, как и в 2023 году, близко к результатам 2023-2023 года.
Производство автомобилей, запчастей к ним – 6672 и 2998, металлургия и машиностроение – 2538, скромные 1000 в электронике/электрике, 997 – резино-пласстмассовые изделия, 424 – производство пищи. И еще 6023 робота неизвестно куда.
Наконец добрались до самой интересной картинки. Уровень проникновения роботов (плотность проникновения) из расчета на 10 тыс. работников промышленных предприятий.
Средний уровень роботизации подрос на 12% до 126 роботов.
На рисунке – Топ-21 стран по данному показателю, России среди них нет.
Лидером остается Корея, которую догоняет Сингапур. Германия уже почти догнала Японию.
Интересно, что Швеция не так уж далека от этих двух стран.
Китай уже почти догнал США по уровню проникновения, а учитывая, насколько больше объем промышленности Китая, можно понимать, насколько больше производительная база Китая.
Интересно высокое проникновение роботов в Словении, Словакии и Чехии – здесь все более сосредотачивается европейское промышленное производство.
Теперь о прогнозах.
Ежегодные объемы установки роботов будут расти, если верить прогнозным способностям IFR.
Среднегодовые темпы роста не будут высокими – порядка 6% в год.
Согласно прогнозам, Азия продолжит роботизироваться темпами в разы превышающими темпы роботизации Европы и Америки. Этот факт не может не огорчать.
Не буду особо останавливаться на краткосрочных прогнозах.
Отмечу ожидания по активизации заказов в 2023-2023 году, правительственные инициативы, которые призваны способствовать ускорению роботизации.
Спрос со стороны электронной промышленности будет давать дополнительный импульс роботизации. Позитивный вклад внесет металлургия и металлообработка.
Проблемы будут в связи с новыми “шатдаунами” в автопроме и ростом сроков поставок.
Неясности с экономическими перспективами будут негативно влиять на готовность инвестиций.
Да и растущая политическая нестабильность не добавляет оптимизма.
Рыночные тренды, которые видят в IFR.
Цепочки снабжения демонстрируют тягу к тому, чтобы быть более локальными или региональными, они становятся ближе к клиенту и более устойчивыми к возможными проблемами с логистикой и политикой.
Стоимость снижения промышленных роботов в терминах TCO будет снижаться, в том числе за счет распространения моделей “Робот как услуга / Плати пока используешь” и растущего предложения недорогих роботов.
Не возьмусь за качественный перевод последнего пункта. Общий смысл – роботизация решений даже для вариантов, когда партия товара составляет 1 единицу.
Роботы обеспечат возможность добиться кастомизации продуктов, сохранив стоимость кастомизированных продуктов на уровне стоимости серийных.
Роботы позволят создавать полностью цифровое производство от приема заказов до доставки готовых продуктов.
Технологические тренды
Быстрое развитие сопутствующих технологий:
Облачные вычисления, 5G сети, новое машинное зрение, ИИ;
расширение диапазона применений;
улучшение функциональных возможностей (скорости и качества).
Человеко-машинное взаимодействие все еще находится на самом начальном уровне и будет улучшаться.
Устойчивость развития:
Робототехника – это важный компонент производства по “зеленым” технологиям.
Роботизированное производство снижает долю брака и тем самым более экологично, а также:
Современные роботы потребляют меньше энергии
Появляются облегченные конструкции движущихся компонентов робота
Становится интеллектуальным управление питанием, например, “умный” выбор позиций парковки.
Выходят новые инструменты, специализированные под установку на промышленном манипуляторе, с оптимизированным энергопотреблением. в том числе захваты с близким к нулю энергопотреблением.
—
Разведывательные роботы
Автоматизированные системы давно используются для сбора разведданных, поиска целей и целеуказания, наблюдения за обстановкой. Для таких целей используют и беспилотные летательные аппараты, и наземных роботов. Одним из самых миниатюрных роботов-разведчиков, используемых сегодня армией США в Афганистане, является Recon Scout.
Еще одним представителем группы роботов-разведчиков является First Look 110. Он весит 2,5 кг, имеет гусеницы и управляется с пульта, размещенного у оператора на запястье. Робот оснащен четырьмя камерами и может преодолевать небольшие препятствия. На него можно устанавливать другие датчики: тепловизоры, индикаторы биологического, химического и радиационного заражения.
Еще одной дистанционно управляемой машиной, активно применяемой в армии США для разведывательных миссий, является Dragon Runner. Этот робот также оснащен гусеничным шасси, он предназначен для передней линии боевых действий. Dragon Runner переносится в ранце, его можно забрасывать через любые препятствия.
Самым массовым американским военным роботом (выпущено более 3 тыс. штук) является TALON, разработанный компанией Foster-Miller. Эту машину очень любят американские солдаты, она оказалась очень эффективной в условиях Афганистана. Данный робот прекрасно подходит не только для разведки, но и для обезвреживания взрывных устройств.
Именно TALON активно применяли для разведки пещер, где прятались талибы, на счету этого робота 50 тыс. обезвреженных взрывных устройств. Американские военные даже решили дать TALON оружие «в манипуляторы». Была создана модификация робота, на которую можно было устанавливать пулемет, снайперскую винтовку или ПТРК. Стреляет робот с поистине снайперской точностью.
Кстати, американцы отметили интересный феномен: бойцы сильно привязываются к роботам, относятся к ним как к боевым товарищам или домашним любимцам.
Как мы видим, грань между разными группами военных роботов зачастую довольно тонка: автоматизированная система может и проводить разведку, и обнаруживать мины, и непосредственно участвовать в боевых действиях.
Современные боевые беспилотники
В США с 1958 года работает управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны — DARPA. Оно занимается производством вооружений нового поколения и финансирует различные проекты, один из самых известных — робот-собака Boston Dynamics.
В 2005 году компания создала робота Big Dog, предка известных ныне Spot и Atlas. BigDog размером 91х76 см и весом в 110 кг был способен передвигаться со скоростью 6,5 км/ч, перевозить груз весом 150 кг, подниматься на гору с уклоном 35 градусов. DARPA вложило в проект $42 млн. Проект закрыли, так как робот получился слишком шумным для военных нужд.
Участие Boston Dynamics в военных разработках — не единственный пример сотрудничества крупных корпораций с армией. Недавно Microsoft создали устройство дополненной реальности стоимостью в $22 млрд. Компания выиграла контракт на разработку военных шлемов, позволяющих солдатам тренироваться и проводить бои, синхронизируя свои действия в одной системе.
Google также предоставляла Пентагону свои технологии в рамках проекта Mave. Армия рассчитывала использовать искусственный интеллект, разработанный Google, для автоматического распознавания объектов на снимках с воздуха. Когда сотрудники корпорации узнали о сотрудничестве с военными, они написали коллективное письмо генеральному директору Google Сундару Пичаи с требованием прекратить любые отношения с военными.
- Технологии должны быть направлены на пользу обществу и защищать безопасность людей.
- Нельзя создавать что-то, что может нанести вред обществу или нарушить права человека.
- Компания должна быть уверена, что ее технологии не будут применять для создания оружия или в других военных целях.
В России тоже есть свои боевые единицы. Например, «Уран-9» — робот, способный поддерживать отряды специального назначения и заниматься разведкой. Он оснащен 30-миллиметровой автоматизированной пушкой, спаренным пулеметом, комплексом противотанковых ракет и лазерной системой управления.
Еще один помощник армии — комплекс «Нерехта», сконструированный в трех вариантах. Благодаря модульной схеме с единой гусеничной платформой, «Нерехта» стал универсальным роботом с высокой проходимостью. Он способен выполнять несколько задач: от разведки и патрулирования до ведения боевых действий.
Помимо этого, в арсенале российских военных есть еще комплекс «Платформа М» — самоходная гусеничная дистанционно управляемая платформа для разведки и поражения целей, а также минирования или разминирования полей.
Для патрулирования местности, вывода техники противника из строя, доставки грузов и боеприпасов используют комплекс «Арго». Им управляют дистанционно.
В 2023 году некоторые российские роботокомплексы протестировали в ходе армейских учений «Запад-2023».
Зарубежные военные для наблюдения, разведки и захвата цели используют MAARS, оснащенный пулеметами и четырьмя гранатами. Решение о действии беспилотника принимает оператор. Робот весит 167 кг, в расширенной комплектации у него есть громкоговоритель, сирена, лазерное оружие и система обнаружения стрельбы. MAARS может работать до 12 часов.
Устройство робота и задачи робототехники
Выделяют шесть общих задач роботехники:
- Перемещение – передвижение в любой среде
- Ориентация – осознавать свое местоположение
- Манипуляция – свободно манипулировать предметами окружающей среды
- Взаимодействие – контактировать с себеподобными
- Коммуникация – свободно общаться с человеком
- Искусственный интеллект – робот должен самостоятельно решать как ему выполнить команду человека
Самое оптимальное перемещение робота на колесах и гусеничной платформе. Именно эти способы обеспечивают наибольшую устойчивость и проходимость.У колесных платформ с проходимостью сложнее – колесо не может преодолеть препятствие выше, чем его радиус.
Устойчивы четырехноние и инсектоморфные роботы (это значит в форме насекомых, несколько “ног”, обычно 6) Такие устройства часто используются для военных целей.
Ходить на двух ногах робот учился очень долго. Из всех существующих с этим хорошо справляется только гуманоид ASIMO от Honda он умеет не только устойчиво ходить, но и подниматься по ступеням, компания его разрабатывала более 25 лет Большинство же человекоподобных роботов пока передвигаются на платформе.
Кроме хождения по земле опреденные модели могут ползать, плавать и летать.
Ориентрируется в пространстве робот с помощью датчиков, сенсоров, видеокамер, имеет способность “видеть” в инфракрасном диапазоне, улаваливать ультразвуковые колебания и воспринимать тепловое излучение.Управлять может и оператор, он может находиться в той же комнате или за несколько километров.
Все озвученные задачи робототехники в той или иной мере решаются. Робот становится совершеннее, он умеет сотрудничать с другими роботами, учится общаться человеком и лучше его понимать.
Интересная схема обучения космического робота-спутника, вероятно этот же принцип используется для настройки других робототехнических систем. “Эмоциональное обучение”, как называют его разработчики. Суть его в том, что в нем закладывается “аппарат эмоций”, который сообщает спутнику что для него “хорошо”, а что “плохо”.
Хорошо – если он нацеливается на конкретный заданный обьект – это увеличивает оценку, плохо – если от него отклоняется – оценка будет уменьшена. Ну и так пока устройство не станет стабильным “хорошистом”. Например, это может пригодиться для космических телескопов. Обучение проводится с помощью оператора и занимает около 20 минут, результат отображается в базе знаний.
Конкретно это описанное устройство космонавт может выбросить в открытый космос: остальные действия спутник выполнит сам. В концепте разработана модель нервной системы, которая логически следует из тех условий, в которых работает нервная система всех живых организмов. Робототехника будущего может самостоятельно собирать новые знания, анализировать их и применять на практике.
