Что такое робототехника и чем она полезна для детей |

Что растет на рынке робототехники

Наибольшее развитие среди всех направлений получила промышленная робототехника. Первые автоматизированные промышленные роботы появились еще в 1947 году — толчком к их появлению стало развитие ядерной энергетики. Сегодня этот рынок продолжает расти: операции по сварке, гибке, пайке и другим действиям в большинстве крупных предприятий уже давно выполняют роботы, и количество решений с каждым годом только растет. 

Несильно отстает от промышленной бытовая робототехника. Так, в каждом пятом доме России уже давно работает робот-пылесос. Часто в быту используются и роботы-мойщики окон и бассейнов, а такие гиганты, как Amazon, Google, «Яндекс», МТС — выпускают голосовых помощников для дома.

Еще одна сфера, достойная внимания, — медицинская робототехника. Одно из самых популярных решений тут — четырехрукий робот da Vinci, который держит в руках инструменты. Для реабилитации людей, перенесших инсульт или паралич, используют наработки ExoChair.

Большинство автоконцернов, включая Tesla, Mercedes, Volkswagen, а также далекие от автопрома «Яндекс» и Uber занимаются исследованиями в области беспилотных транспортных средств. Помимо автомобилей-беспилотников в современном мире активно используются и беспилотные летательные средства — как в военной промышленности для разведывательных операций и бомбардировки, так и в гражданской отрасли для развлечений и видеосъемки. 

По данным Международной Федерации робототехники (IFR), продажи сервисных роботов во всем мире в 2023–2023 годах выросли на 32% — до $11,2 млрд. Продажи логистических роботов увеличились более чем вдвое — на 110%, а медицинских — на 28%.

В пандемию эти виды робототехники стали расти еще быстрее: люди на удаленке активно покупают бытовых роботов, а игроки растущих рынков логистики и медицины — разрабатывают и продают устройства для замены курьеров и медиков. С 2023-го по 2023 год количество крупных компаний, внедряющих роботов, увеличилось вдвое, свидетельствуют данные Национальной ассоциации участников рынка робототехники (НАУР). 

Основные компоненты робототехники

Корпус большинства роботов состоит из отдельных подвижных и неподвижных частей. Вот основные из них:

Внутренний контроллер. Каждый робот оснащен контроллером — компьютерной операционной системой. Контроллер — это мозг любого робота. Он содержит всю необходимую информацию для выполнения задач и указаний.

Источник энергии. Роботам необходим источник энергии. Одни работают от батарей. Другие оснащены фотоэлементами, которые преобразуют солнечный свет в энергию. Механические роботы заводятся с помощью пружинного механизма.

Дистанционное управление. Роботы, которые работают на других планетах, такие как марсоход, оборудованы внутренними контроллерами, но ими также можно управлять с Земли.

Сенсоры света и звука. С их помощью робот может распознавать свет, исходящий от объектов, определять звуковые волны. Эта функция помогает либо обходить различные предметы, либо идти к ним навстречу. Также в корпус робота может быть встроено устройство распознавания голоса, с помощью которого человек отдает машине устные приказы.

Датчики давления. Некоторые роботы оборудованы датчиками давления, которые имитируют осязание. У этих сенсоров два назначения: они сообщают роботу о том, что он ударился о какой-нибудь предмет и должен сменить направление движения, а также позволяют правильно захватить и поднять объект.

Приводы — это «мышцы» роботов. В настоящее время самыми популярными двигателями в приводах являются электрические, но применяются и другие, использующие химические вещества или сжатый воздух. Перечислим все основные варианты приводов для робототехники:

• Двигатели постоянного тока: В настоящий момент большинство роботов используют электродвигатели, которые могут быть нескольких видов.
• Шаговые электродвигатели: Как можно предположить из названия, шаговые электродвигатели не вращаются свободно, подобно двигателям постоянного тока. Они поворачиваются пошагово на определенный угол под управлением контроллера. Это позволяет обойтись без датчика положения, так как контроллеру точно известно, на сколько был сделан поворот. В связи с этим они часто используются в приводах многих роботов и станках с ЧПУ.
• Пьезодвигатели: Современной альтернативой двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели, также известные как ультразвуковые двигатели. Принцип их работы совершенно отличается: крошечные пьезоэлектрические ножки, вибрирующие с частотой более 1000 раз в секунду, заставляют мотор двигаться по окружности или прямой. Преимуществами подобных двигателей являются высокое нанометрическое разрешение, скорость и мощность, несоизмеримая с их размерами. Пьезодвигатели уже доступны на коммерческой основе и также применяются на некоторых роботах.
• Воздушные мышцы: Воздушные мышцы — простое, но мощное устройство для обеспечения силы тяги. При накачивании сжатым воздухом, мышцы способны сокращаться до 40 % от своей длины. Причиной такого поведения является плетение, видимое с внешней стороны, которое заставляет мышцы быть или длинными и тонкими, или короткими и толстыми. Так как способ их работы схож с биологическими мышцами, их можно использовать для производства роботов с мышцами и скелетом, аналогичными мышцам и скелету животных.
• Электроактивные полимеры: Электроактивные полимеры — это вид пластмасс, который изменяет форму в ответ на электрическую стимуляцию. Они могут быть сконструированы таким образом, что могут гнуться, растягиваться или сокращаться. Однако, в настоящее время нет ЭАП, пригодных для производства коммерческих роботов, так как все неэффективны или непрочны.
• Эластичные нанотрубки: Это многообещающая экспериментальная технология, находящаяся на ранней стадии разработки. Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет этому волокну эластично деформироваться на несколько процентов. Человеческий бицепс может быть заменен проводом из такого материала диаметром 8 мм. Такие компактные «мышцы» могут помочь роботам в будущем обгонять и перепрыгивать человека.

Где учат делать роботов

Развитие всей индустрии робототехники и ее отдельных направлений означает, что здесь есть дефицит специалистов, которые будут внедрять, разрабатывать и эксплуатировать устройства. При дефиците кадров трудоустройство и высокая зарплата гарантированы — поэтому особое внимание в робототехнике стали уделять системе образования. 

Последние несколько лет рынок частных курсов по робототехнике активно набирает обороты: по всей стране открываются десятки новых робо-клубов, где дети собирают роботов, разбираются в основах алгоритмики и запускают собственные проекты. По нашим данным, на рынке присутствует больше сотни брендов. Российское сообщество ARDUINO заявляет о существовании более 3000 частных кружков по робототехнике. 

Зачем робототехника детям

Знакомство с робототехникой ребенок может начинать уже в шесть лет — с помощью набора Lego Education. Зачем это? Робототехника развивает ответственность, дисциплину, умение работать в команде, воображение, внимательность, творческое мышление, ориентацию в пространстве, мелкую моторику, память и самостоятельность.

Занимаясь конструированием роботов, ребенок также учится поэтапной работе «от простого к сложному», терпению, целеустремленности. Вместе с этой наукой он осваивает основы компьютерной грамотности, азы математики, работы с различными механизмами и даже получает базовые знания английского языка в технической отрасли.

Все это подходит для детей всех возрастов и полов и может стать серьезной подготовкой для дальнейшего изучения прикладных наук. Дети, изучающий робототехнику, могут в будущем претендовать на должности инженера-робототехника, проектировщика детской техники и роботов или разработчика нейроинтерфейсов. 

Впрочем, у детских программ по робототехнике есть и оборотная сторона. Многие школы стараются привлечь родителей, которые хотят вложить в своего ребенка как можно больше знаний. Такие школы делают упор на изучение математических моделей и других сложных конструкций, которые, безусловно, будут применяться в дальнейшем, но совсем юным школьникам их усвоить тяжело.

Зачастую образовательные программы не включают в себя элементы геймификации и превращаются в еще один скучный урок. Постепенно у детей может сформироваться негативное восприятие робототехники — по аналогии с дисциплинами, куда родители пытаются привести их силой, и где занятия сводятся к упорной зубрежке материалов. 

Отрицательно на первое впечатление от робототехники влияет и стремление производителей к снижению себестоимости продукции: в роботах зачастую не предусматривают использование различных корпусов, элементов дизайна и индивидуализации, голосовых интерфейсов.

В результате школьник по сути собирает не робота, а квадрат с колесами, который ездит по линии. Он не испытывает удовлетворения от своей работы, ведь пришел заниматься робототехникой, строить трансформеров, робокары, а получил набор серых деталек. 

Совокупность этих факторов может привести к тому, что еще в подростковом возрасте у детей будет вырабатываться негатив к робототехнике в целом. Детям будет неинтересна техника, и они не заинтересуются инженерной профессией. Придя в вуз, студент может категорически отказаться от курса, услышав слово «робототехника» — из-за того, что он это проходил, это неинтересно и скучно. 

История развития

Отметим несколько интересных фактов из истории развития роботов. Первые признаки робототехники наблюдались еще с античности, когда люди мечтали о гигантских бронзовых машинах, которые смогли бы помочь им сражаться с врагами и завоевывать новые земли.

Первым, кто представил чертеж человекоподобного робота, был великий Леонардо да Винчи примерно в 1495 году. Чертеж представлял модель механического рыцаря, который может сидеть, стоять, двигать руками, головой и, возможно, захватывать предметы. Но так и неизвестно, пытался ли да Винчи воплотить в реальность этот механизм.

В 16-17 веке в Западной Европе инженеры начали конструировать автоматоны — заводные механизмы наподобие человека, которые могли выполнять довольно сложные действия. Самый известный из них – робот «испанский монах», который был изобретен примерно в 1560 году механиком Хуанело Турриано для императора Карла V.

Более заметный прогресс в робототехнике наблюдался в 18 веке. К примеру, в 1738 году французский инженер Жак де Вокансон собрал первого в мире андроида, способного играть на флейте.

С 19 века изобретения стали приобретать более практический смысл. В 1898 году известный физик Никола Тесла представил общественности миниатюрное радиоуправляемое судно. Первоначально это изобретение казалось немного причудливым. Но в дальнейшем его идеи стали воплощаться в жизнь и приобрели широкое применение.

1921 год – механизмы, наконец, обрели четкий термин «робот» благодаря чешскому писателю Карлу Чапеку и его пьесе под названием «Россумские Универсальные Роботы». Примечательно, что Чапек назвал этим словом не машины, а живых людей, создаваемых на специальной фабрике. Но термин закрепился в науке и дал жизнь всем автоматизированным устройствам.

В середине 20 века, в частности, в 1950-ых стали разрабатываться механические манипуляторы для взаимодействия с радиоактивными материалами. Эти роботы копировали движения рук человека, находящегося в безопасном месте.

В 1968 году японской компанией Kawasaki Heavy Industries, Ltd был произведен первый промышленный робот. С тех пор Япония начала вовсю стремиться стать мировой столицей робототехники, и ей это удалось. Несмотря на то, что роботы изначально разрабатывались в США, они импортировались в Японию в малых количествах, где инженеры изучали их и применяли в производстве.

Коммерческое распространение роботов началось с 1980-ых годов. Технический прогресс двигался в направлении совершенствования систем управления. Такие компании как Unimate, Hitachi KUKA, Westinghouse, FANUC развивали системы датчиков для своих роботов, делая их более чувствительными к задачам, которые они выполняют.

В конце 90-ых – начале 2000-ых начался активный рост и развитие отрасли с использованием новых контроллеров, языков программирования, запуска первых роботов в космос и возникновением машин, создающих роботов.

В это время также появились новые человекоподобные роботы, такие как канадский Aiko, имитирующий человеческие чувства (осязание, слух, речь, зрение), ASIMO – гуманоид японской фирмы Honda, робот-собака AIBO, созданная компанией Sony и другие.

Последние пять лет наблюдается широкий всплеск робототехники во всех отраслях – от продвинутых манипуляторов до гуманоидов, которые выглядят как живые люди, имеют широкий спектр эмоций и полностью копируют нашу мимику.

История развития робототехники за последние 100 лет

Краткая история становления и развития робототехники с указанием самых значимых событий и разработок:

Как выбрать кружок по робототехнике

Как избежать негативного восприятия робототехники ребенком? Во-первых, стоит посмотреть на образовательную программу в кружке. Если в методических материалах превалируют цифры, формулы, программный код, а занятия строятся из того, что большую часть времени ребенку придется сидеть и программировать — это по определению тревожный звоночек.

Ребенок быстро заскучает и не захочет продолжать развитие в этой сфере. В случае, если программа содержит элементы геймификации от педагога, соревнования, например, гонки собранных роботов, робо-сумо, спарринги — это положительный знак. Ребенок скорее всего получит удовольствие от занятий и заинтересуется робототехникой.

Стоит обратить внимание и на материальную базу кружка. Если в ней присутствуют только наборы одного типа, например Lego — это тоже тревожный знак. Безусловно, существуют интересные программы изучения робототехники на одном типе конструкторов, но так или иначе, один набор — это признак плохого подхода организации к образованию. 

Важен и сам процесс обучения. Робототехника в современном мире — это не только процесс программирования и аппаратная часть, но еще и конструирование. Если у кружка есть станки, слесарное оборудование, верстаки, значит, робот получит дополнительные элементы —  к примеру, необычный корпус, который привлечет дополнительное внимание ребенка. Это такой же важный фактор для изучения и вовлеченности, как и сам педагог.

Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора

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.

Какие знания необходимы для создания робототехники?

Современная робототехника строится на знаниях из области программирования, механики, мехатроники, электротехники, электроники и автоматического управления.

Для освоения робототехники на базовом уровне достаточно школьных знаний по математике и физике. Без понимания физики движения и принципов работы механизмов и электродвигателей сложно собрать функционирующего робота.

Затем идут информатика и проектирование. Так как программирование необходимо в робототехнике не меньше математики, важно разбираться в компьютерных науках и информационных системах. Проектирование поможет создавать удобные продукты. Но знания из других инженерных дисциплин тоже будут полезны.

Основные направления в изучении робототехнике:

• Машиностроение изучает физические составляющие робота — его «тело». Подтемы — механика и сопротивление материалов. Большинство курсов в этом направлении ориентированы на физический дизайн и приведение робота в действие.
• Электротехника и электроника или «нервная система» занимаются электрическими системами внутри робота, встроенными системами, низкоуровневым программированием и теорией управления. Обычно это автоматизация, которая строится вокруг контроля робота.
• Информатика — многие специалисты пришли в робототехнику благодаря увлечению компьютерными науками. Инженеры этого направления концентрируются на программном обеспечении робота и высокоуровневом программировании. Среди тем — искусственный интеллект, навигация, техническое зрение, обработка естественного языка и так далее.

Классификация мобильной робототехники по типу перемещения

Современные роботы, созданные на базе самых последних достижений науки и техники, применяются во всех сферах человеческой деятельности. Внешний вид и конструкция современных роботов могут быть весьма разнообразными.

Робототехника может перемещаться по любой поверхности, в воде и в воздухе. Так, по типу передвижения роботы бывают:

• Колесные и гусеничные (наиболее распространенный вид роботов);
• Шагающие;
• Летающие — автопилоты и беспилотные летательные аппараты;
• Ползающие — передвигаются по принципу змей и червей и применяются для поиска людей под обломками рухнувших зданий;
• Плавающие — перемещаются в воде, подражая движениям рыб, и тем самым становятся бесшумными и очень маневренными;
• Передвигающиеся по вертикальным поверхностям — действуют по принципу человека, взбираясь на стену с помощью выступов, или же с помощью специальных присосок.

Лидерами в производстве роботов на данный момент являются компании FANUC (Япония), KUKA (Германия) и ABB (Швеция, Швейцария).

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.

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.

Области применения робототехники

Применяются роботы самых различных сферах, но основными являются следующие:

• Промышленность: промышленные роботы;
• Исследовательская деятельность: роботы-ученые, исследователи;
• Боевые роботы: безпилотники, роботы-саперы, охрана и безопасность;
• Нанотехнологии: микро- и нано-роботы в исследовательских и медицинских целях;
• Домашние технологии: бытовые роботы, пылесосы, мойщики окон и персональные.

В сфере промышленности роботы позволяют выполнять большой объем работ с высокой скоростью и точностью. Они позволяют решать такие задачи, с которыми невозможно справиться человеческими силами.

Очень многие места нашей планеты и за ее пределами не исследованы по той причине, что делать это человеку невозможно. Например, о том, что творится в океанных глубинах и в космосе мы знаем благодаря роботам-исследователям.

Рост инновационных технологий позволяет оптимистически смотреть в будущее. Робототехника стремительно развивается, открывая человечеству новые возможности.

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.

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.

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.

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.

Препятствия

Несмотря на всю полезность технологии, роботы пока не используются повсеместно, как это зачастую нам показывают во многих фантастических фильмах. Это связано с рядом факторов. Во-первых, для этого просто не готова наша инфраструктура: дороги, улицы, здания и наши дома.

Во-вторых, не готова правовая система государств: использование роботов требует соответствующих законов, чтобы они «мирно» сосуществовали с нами. В конце концов, если не сами роботы, то кто-то другой должен нести ответственность за их действия.

В-третьих, некоторые исследователи утверждают, что нам необходимо опасаться этих механических рабочих, так как с дальнейшим активным развитием искусственного интеллекта они смогут в буквальном смысле поработить нас. Эти опасения слишком сильно сдерживают исследование и распространения робототехники.

Конечно, не стоит отрицать, что есть масса глобальных рисков, которые могут возникнуть при использовании сверхчеловеческого разума, не запрограммированного на безусловную лояльность к человеку. Но будущее пока что в наших руках, и мы в силах его изменить, тем более, что сейчас программирование роботов становится все более открытым и доступным для общественности. Нужно только научиться правильно пользоваться этими возможностями.

Пример устройства робота — элементы и конструкция

Каждый робот состоит из следующих базовых компонентов:

• Рама или тело робота;
• Блок управления;
• Манипуляторы;
• Ходовая часть.

• Тело/рама: Тело, или рама, робота может иметь любую форму и размер. Изначально, тело/рама обеспечивает конструкцию робота. Большинство людей знакомы с человекоподобными роботами, используемыми для съемок кинофильмов, но в действительность большинство роботов не имеют ничего общего с человеческим обликом. (Робонафт НАСА, представленный в предыдущем разделе, является исключением). Как правило, в проекте робота внимание уделяется функциональности, а не внешности.
• Система управления: Система управления робота является эквивалентом центральной нервной системы человека. Она предназначена для координирования управления всеми элементами робота. Датчики реагируют на взаимодействие робота с внешней средой. Ответы датчиков отправляются в центральный процессор (ЦП). ЦП обрабатывает данные с помощью программного обеспечения и принимает решения на базе логики. То же самое происходит при вводе пользовательской команды.
• Манипуляторы: Для выполнения задачи большинство роботов взаимодействует с внешней средой, а также окружающим миром. Иногда требуется перемещение объектов внешней среды без непосредственного участия со стороны операторов. Манипуляторы не являются элементом базовой конструкции робота, как его тело/рама или система управления, то есть робот может работать и без манипулятора. В настоящем учебном курсе акцент делается на тему манипуляторов, особенно блок 6.
• Ходовая часть: Хотя некоторые роботы могут выполнять поставленные задачи, не изменяя свое местоположение, зачастую от роботов требуется способность перемещаться из одного места в другое. Для выполнения данной задачи роботу необходима ходовая часть. Ходовая часть представляет собой приводное средство перемещения. Роботы-гуманоиды оснащены ногами, тогда как ходовая часть практически всех остальных роботов реализована с помощью колес.

Робот может быть любых форм и размеров. Именно рама или тело робота является основой его конструкции и определяет внешний облик. Среднестатистический человек при слове «робот» представляет человекоподобное существо из металла. Этот образ навязан многочисленными фантастическими кинофильмами.

На самом же деле большинство роботов совершенно не похоже на человека. Главное для робота – это его функциональность, а не то, как он выглядит.

Контроль за работой робота осуществляется при помощи системы управления. Она включает в себя огромное количество датчиков, которые помогают технике взаимодействовать с внешним миром.

Система управления роботом предполагает целый набор алгоритмов, благодаря которым решаются те или иные задачи. В работе робота происходит постоянный обмен данными между датчиками и центральным процессором (ЦП). Алгоритмы и программное обеспечение создаются человеком.

Для физического контакта с объектами внешней среды используется манипулятор. Данный элемент не является обязательным. Как правило, манипулятор не является частью рамы/тела робота. Используется для решения конкретных задач в различных отраслях.

Ходовая часть робота также не является обязательной, и наличествует лишь у тех роботов, которым необходимо передвижение в пространстве. В качестве средств для перемещения чаще всего используются колеса.

Прогнозы на будущее

С каждым годом эксперты и аналитики представляют нам новый мир, где на смену вере в сверхъестественное придет вера в науку и технику. Мир, в котором можно учиться и работать, не выходя из дома. Интернет размоет границы между странами, а роботы будут делать за нас практически все.

Если верить статистическим данным организации Tractica, число потребляемых человечеством роботов достигнет 31,2 млн единиц по всему миру к 2020 году. При этом, лидерство на рынке займут бытовые роботы, обогнав промышленных и военных.

Ученые прогнозируют, что уже к 2023 году Интернет вещей будет насчитывать около 6 млрд подключенных устройств. Эти устройства будут обращаться к сервисам и данным в Сети, что позволит людям строить новые бизнес-планы для обслуживания этих подключенных устройств.

К 2020 году 40% взаимодействий с мобильными устройствами будут осуществляться через «умных» агентов. Этот прогноз основан на том, что наш мир движется к эпохе приложений, в которой такие сервисы, как Amazon Alexa, Microsoft Cortana и Apple Siri будут играть роль универсального интерфейса для взаимодействия человека с устройствами.

Технический директор Google Рэй Курцвейл в своих прогнозах по поводу развития робототехники и информационных технологий предполагает, что персональные роботы, способные на полностью автономные сложные действия, станут такой же привычной вещью, как холодильники или стиральные машины уже в 2027 году. А беспилотные автомобили заполнят полностью дороги в 2033 году.

Какими бы утешительными или наоборот пугающими не были прогнозы, перед учеными и инженерами стоит еще ряд проблем. Основная из них – жесткие ограничения правительств государств в принятии робототехники, которые сопровождаются нехваткой стандартов качества и безопасности продукции.

Еще одна проблема, которую нужно решить перед тем, как роботы будут массово внедрены в жизнь – это доступность программного и аппаратного обеспечения. Дороговизна материалов и оборудования для производства не позволяет производителям снижать цены на своих роботов.

Пока нам доступны только роботы-уборщики, дроны и персональные помощники, но радует тот факт, что вскоре у нас будет возможность делать эти устройства более функциональными, не завися от производителей.

Плюс ко всему, обычные люди пока не готовы морально к принятию роботов, похожих на них. Это связано в первую очередь с нехваткой информации о том, каких достижений добился научно-технический прогресс. Вдобавок к этому у людей сложилось ошибочное мнение о роботах, которые были неоднократно представлены в научно-фантастических фильмах.

Нужно расширять границы знаний, больше читать и смотреть интересные видео об устройствах из реального мира, которые могут иметь большое значение в нашей повседневной жизни.

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.

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.

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.

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.

Роботы сегодня

Как уже упоминалось, наибольшей отраслью, где используется робототехника, является промышленность, в частности, автомобилестроение. Манипуляторы, работающие на заводах, варьируются от размеров и функциональности в зависимости от типа выполняющей задачи – сборочные, сварочные, режущие, красящие.

Наряду с ними на производстве можно встретить разгрузочно-погрузочных роботов, упаковщиков, сортировщиков, формовщиков и прочие механизмы, заменяющие человека в рутинных повторяющихся задачах. Компаниями-лидерами в промышленной автоматизации являются – KUKA (Германия), Fanuc (Япония), Kawasaki (Япония), ABB (Швейцария), Denso (Япония) и другие.

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.

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.

Заключение

В заключение стоит отметить, что по мере того как наш мир будет наполняться роботами, навыки общения с ними будут не менее полезны чем навыки общения с людьми. Мы видим, как современные технологии постепенно объединяют людей и умные машины в одну большую социально-аппаратную сеть. И это только начало сложного, но очень увлекательного путешествия в будущее.