«роботы» средневековья
Вопреки распространенному мнению, Средние века не были эпохой всеобщего упадка и технологического регресса. Наука, в том числе механика, хотя и с некоторой задержкой в первые века после падения античных держав, продолжала свое развитие. Удивительно, но многие сложные устройства появились на свет благодаря силе, которая в массовом сознании ассоциируется только с мракобесием – а именно Церкви.
В те времена католические монастыри были одним из центров научной и инженерной мысли.
В частности, легенды приписывают виднейшему ученому и теологу Альберту Великому создание «механической служанки», которая умела самостоятельно передвигаться и даже воспроизводить речь.
Задокументированным, и, следовательно, более достоверным, выглядит свидетельство средневекового архитектора Виллара де Онекура (13 век н. э.), который в своем труде описал зооморфные механизмы, а также фигуру ангела, поворачивающуюся вслед за движением солнца.
Большое развитие механика получила в это время и на Востоке.
Византия, практически не затронутая потрясениями Раннего Средневековья, славилась автоматонами, встречавшими иностранных гостей в императорском дворце.
Согласно свидетельствам, около царского трона были расположены два металлических льва, которые умели реветь и бить хвостами, а в кронах деревьев находились механизированные птицы, певшие и щебетавшие на разные голоса. В мусульманских странах того времени механика и математика вышли на качественно новый уровень, благодаря чему их мастера создавали удивительные устройства.
Здесь же следует упомянуть и легенду о «железном мужике», созданном придворными мастерами Ивана Грозного.
Согласно ей, человекоподобный механический слуга при дворе русского царя подавал ему чашу с вином и кафтан, подметал пол, кланялся гостям и даже «побивал медведя».
На закате эпохи Средневековья автоматические устройства, воспроизводящие достаточно сложные действия, популяризировались и легендарным Леонардо да Винчи.
Леонардо да Винчи, будучи гением инженерной мысли, в своих зарисовках предложил схемы самых разных механизмов, одним из которых является фигура закованного в латы рыцаря, которая могла двигать руками и шеей, садиться и даже открывать рот. Собранный образец демонстрировался изобретателем при дворе Людовика Сфорца, герцога Миланского, в 1495 году.
Марсоход-попрыгунчик
Британские ученые разработали проект робота, который способен передвигаться по Красной планете, совершая прыжки на расстояние более 0,8 км за раз. Марсоход Mars Geyser Hopper будет преодолевать скалистый ландшафт, перепрыгивая через препятствия.
Длина аппарата составляет 2,5 м, а вес — 1092 кг, что несколько превышает аналогичные параметры марсохода NASA «Кьюриосити». В процессе прыжка марсоход сможет подняться на высоту до 900 метров. Это будет достигаться за счет того, что сердечник радиоактивного теплового конденсатора обеспечит тягу через ракетное сопло.
В случае успеха марсоход-попрыгунчик позволит ускорить процесс исследования Марса, поскольку ему будет проще путешествовать по сложным ландшафтам этой планеты с ее Олимпом и другими горами, кратерами и каньонами. Колеса таких аппаратов, как «Кьюриосити», застревают на склонах и в песчаной, каменистой текстуре поверхности планеты.
Первый пилотируемый полет на Марс планируется осуществить уже в 2030 году.
Предложенная специалистами компании Astrium и университета Лестера, эта концепция впервые была разработана в 2023 году. Небольшая проблема заключается в скорости сбора СО2 , при которой нынешней системе требуется несколько недель, чтобы полностью заполнить топливный бак.
Программы изучения марса
Первая попытка запустить корабль для исследования Марса была предпринята еще в 1960 году в СССР, но советский космический аппарат «1M» не сумел покинуть атмосферу Земли. После нескольких неудачных запусков, предпринятых США и Советским Союзом, в 1971 году аппарат NASA «Маринер-9» достиг орбиты Красной планеты. В 1975 году аппарат «Викинг-1» стал первым кораблем, успешно спустившимся на поверхность Марса. Советской станции «Марс-2» удалось достичь орбиты, но не поверхности Красной планеты, всего через несколько недель после «Маринера». Последним на сегодняшний день аппаратом является марсоход NASA «Кьюриосити», запущенный в 2023 году и исследующий поверхность Марса до сих пор. Третьей организацией, принимающей участие в исследовании, является ЕКА (Европейское космическое агентство), которое в 2003 году запустило аппараты «Марс-экспресс» и «Бигль-2». «Марс-экспресс» успешно облетел планету, а связь с модулем «Бигль-2» была потеряна после его развертывания. В 2023 году был запущен корабль NASA MAVEN, который и достиг марсианской орбиты в сентябре 2023 года. Кроме того, в 2023 году Индийская организация космических исследований (ISRO), стремясь стать четвертым космическим агентством, достигшим Красной планеты, запустила свою межпланетную станцию «Мангальян».
Новое время: золотой век автоматонов
Однако настоящую популярность и бурное развитие автоматические механизмы получили с началом эпохи Возрождения. Наука, вырвавшись из монополии Церкви, получила дополнительный импульс к развитию, в том числе за счет переосмысления достижения античных ученых.
И на первую роль в новой волне старинной робототехники вышли часовщики. Здесь стоит упомянуть о двух важных изобретениях, которые способствовали развитию технологии автоматонов – пружинному и маятниковому заводным механизмам. До этого подобные устройства приводились в движение гирями, что позволяло создавать только крупные и относительно несложные изделия.
Новые накопители энергии (пружина и маятник) стали настоящим прорывом в миниатюризации автоматических механизмов.
Особенно прославился на этом поприще мастер Жак де Вокансон, который жил в 18 веке – к слову, в детстве обучавшийся в иезуитской школе. Особенную популярность получили два его изобретения:
механическая утка
, способная взмахивать крыльями, клевать зерно с руки и даже испражняться;
автоматический музыкант
, умеющий наигрывать различные мелодии на флейте и свирели.
Другим известным мастером был швейцарец Пьер Жаке Дро, живший в том же 18 веке и основавший знаменитую часовую компанию Jaquet Droz. В то время он прославился не только своими хронометрами, но и множеством сложнейших устройств, среди которых особенно известно три его творения:
«Писарь»
– автоматическая фигура мальчика, содержащая около 4 000 деталей, была способна написать любой текст из 40 знаков, самостоятельно макая перо в чернильницу;
«Художник»
– похожий автомат, только вместо текста наносивший на бумагу различные рисунки, например портреты людей, изображения животных и т. д.;
«Девушка-музыкант»
– автомат в виде органистки, который умел наигрывать на небольшом органе 5 различных мелодий, при этом двигая головой и телом, а в конце выступления изящно кланяясь.
Отличительной чертой этих автоматонов была возможность их программировать, для чего использовались барабаны или диски с насечками, в которых была закодирована последовательность действий. Поменяв их расположение, мастер мог заставить свои устройства написать различные тексты, сыграть другую мелодию и т. д.
Технология создания подобных устройств получила широкое распространение не только в Европе, но и мире.
В конце 18 века в Японии была создана автоматическая девушка, способная стрелять из лука.
В Эрмитаже выставлены знаменитые часы с павлином, купленные Екатериной Великой в Британии. Вклад российских мастеров здесь тоже есть – при перевозке в Россию механизм сильно повредился, но знаменитый изобретатель Кулибин смог полностью восстановить его.
Изготовление автоматонов развивалось по пути не только усложнения, но и миниатюризации устройств. Если первые образцы таких механизмов занимали достаточно много места, то к 19 веку их часто умещали в карманные часы. В основном это были сугубо развлекательные устройства, изготавливаемые для аристократов, передвижных цирков, выставок и т. д. Однако пройдет совсем немного времени, и автоматы начнут помогать людям.
Первые роботы в космосе
Первый луноход — советский “Луноход-1″, предназначенный для проведения комплекса научных исследований на поверхности Луны, был доставлен на Луну космическим аппаратом “Луна-17″ и проработал на ее поверхности почти год (с 17.11.1970 по 04.10.1971).
“Если говорить точнее, то наш лунный робот, управляемый радиокомандами с Земли, “крутил колесами” по лунной пыли в Море Дождей 301 сутки 6 часов 37 минут, прекратив исследования ближайшего к нам небесного тела в силу выработки ресурсов изотопного источника теплоты, — рассказывал ведущий конструктор “Лунохода-1” Ю. Дэльвин. — Представьте себе: на Луне аппарат был окружен космическим вакуумом, его “жалили” жесткие космические излучения, то есть радиация была такая же, как внутри атомного реактора, если не хуже. Да еще перепад температур, на освещенном Солнцем борту “трактора” плюс 150 по Цельсию, а на противоположном — минус 130! И при всем этом внутри герметичного корпуса для нормального функционирования научного оборудования за счет циркулирующего газа, подогреваемого все тем же изотопным источником, поддерживались “комнатная” температура, влажность и давление”.
http://tiptoptech.net/lunohod-1.html
1976 – Рука робота впервые была применена в космических зондах Viking 1 и 2
25 лет назад “рука” робота-манипулятора зонда Viking взяла с поверхности образцы грунта и поместила их в чашки Петри с капельками питательной жидкости, помеченной изотопом радиоактивного углерода. Идея эксперимента состояла в том, что если в образце есть какие-то живые организмы, то они вступят в реакцию с питательным раствором и радиоактивный углерод выделится в виде газа. И газ выделялся. Однако специалисты интерпретировали тогда эту реакцию иначе: выделение газообразного углерода они объяснили химической реакцией с такими активными компонентами марсианского грунта как пероксиды. Они не обратили внимания на периодические изменения в количестве выделяемого газа, и период их был равен 24,66 часам – длине марсианского дня. Миллер считает, что, если бы в реакции участвовали пероксиды, то они бы быстро разложились, и никаких флуктуаций в выделении газа не было бы. А на самом деле они продолжались в течение 9 недель.
Тем не менее, на 100% в существовании жизни на Марсе Миллер все-таки не уверен, но считает, что эта вероятность превышает 90%.
http://planetmap.ru/ru/projects/onlineatlas/solar_system/mars_4
2003 – Робот отправился на Марс
С космодрома на мысе Канаверал 10 июня 2003 года в 13:58 по местному времени стартовала ракета, которая доставила на Марс аппарат Spirit – первый из двух шестиколесных американских роботов-марсоходов, MER-1 (Mars Exploration Rover) стоимостью более $300 млн. Ранее старт ракеты неоднократно откладывался из-за плохой погоды. Первоначально планировалось запустить первый марсоход еще 22 мая, потом запуск был перенесён на 8 июня.
4 января 2004 года марсоход Spirit спустился на поверхность Марса. Через три недели – 25 января – Красной планеты коснулся его “близнец” под названием Opportunity.
Имена Дух и Возможность они получили от Софии Коллис – русской девочки из сибирского детского дома, удочерённой американской семьёй из города Скоттсдэйл в штате Аризона. София победила в конкурсе на лучшее название для этих роботов.
В 2004 году Spirit обнаружил на Марсе следы воды, а позднее – признаки среды, где могла бы зародиться микробиологическая жизнь. Opportunity, в свою очередь, нашёл доказательства того, что довольно большие районы Красной планеты были когда-то покрыты водой.
В мае 2009 робот Spirit попал в песчаную бурю, застрял в песках. С начала 2023 года из шести колес у него вращались только четыре – и то сильно пробуксовывали, а в марте 2023 году связь с ним была окончательно потеряна. Однако Opportunity продолжает путешествие по Марсу. Интересно, что последние года он едет задом наперёд – так инженеры хотят добиться равномерного износа его ходовой части.
В конце 2023 года Opportunity превысит запланированный срок работы в 44 раза.
Сейчас марсоход продолжает путь к Марафонской долине Марса, где Mars Reconnaissance Orbiter заметил наличие большого количества глинистых минералов.
В марте 2023 марсоход Opportunity прошёл олимпийскую марафонскую дистанцию – 42 километра 195 метров.Таким образом, марсоход Opportunity побил рекорд по пройденному расстоянию среди внеземных роверов.
Да и не предполагалось, что Opportunity будет отъезжать от места посадки (это случилось в 2004 году) более чем на один километр. Робот оказался очень любопытным.
Предыдущий рекорд принадлежал советскому “Луноходу-2”, совершившему посадку на Луне в далёком 1973 году. Пройденное им расстояние оценивается в 39 километров. Причём для прохождения этой дистанции аппарату потребовалось менее пяти месяцев.
http://www.marsplaneta.ru/mars-11.html
http://geektimes.ru/post/243509/
http://ribalych.ru/2023/01/28/fakty-o-sovetskom-lunoxode/
2023 – Первый робот-гуманоид в космосе
В ходе серии тестов находящийся на борту МКС американский человекоподобный робот Robonaut пожал руку американскому астронавту, командиру экипажа станции Дэниелу Бербэнку. Кроме того, андроид на языке жестов просигналил фразу Hello, world.
http://www.radiocopter.ru/watch?v=grieVTdxsNI
http://www.radiocopter.ru/watch?t=69&v=glLX_sKTU2I
2023 – Российские исследователи разработали и построили телеуправляемого человекоподобного робота, называемого SAR-400
К сожалению, как и его американский прототип, SAR-400 тоже не имеет ножек. Однако он может быть установлен на манипуляторе МКС и избавить астронавтов и космонавтов станции от выходов в открытый космос. Оператор SAR-400надевает шлем-дисплей, куртку и перчатки, которые точно передают движения оператора непосредственно к голове, рукам и ногам робота. Тем не менее, российские разработчики SAR-400 считают, что самое главное в этом роботе – перчатки. Перчатки должны будут передавать осязательные ощущения от от робота оператору. Правильно, чтобы техническая система стала более управляемой, необходимо ввести в неё обратную связь. Это означает, что космонавт сможет работать инструментами более аккуратно, так как он сможет “чувствовать” объект в своих руках. В случае чрезвычайной ситуации, когда рука робота оказывается сильно зажатой, это давление передается на кисть человека-оператора. И тут главное, чтобы кисть руки оператора осталась в целости и сохранности.
Российское космическое агентство тестирует робота в макете космической станции Мир. Удалённое управление роботом уже настолько точное, что робот может играть в шахматы, т.е., аккуратно передвигать фигуры на шахматной доске. Однако, нужно ещё многие и многие тесты, чтобы добиться полной управляемости роботом. Оператор должен чувствовать, что он находится в “теле” робота, (т.е., в шлеме-дисплее, куртке и перчатках) как в своём собственном теле.
Есть ещё физический предел скорости распространения информации в виде электромагнитных сигналов – это 300 000 км/c.Поэтому, телеуправляемый робот будет прекрасно работать на небольших расстояниях. А на расстояниях, например от Земли до Марса, задержка управляющих сигналов и сигналов обратной связи будет достигать 1,5 секунды. Тут уж робот должен обладать достаточным уровнем искусственного интеллекта, и что-то сделать заранее, чтобы рука оператора осталась в целости и сохранности.
http://roboting.ru/1646-rossiya-govorit-nasa.html
http://www.radiocopter.ru/watch?v=Um1YZj1gzU4
2023 – Космический робот ALIA ISS обучается для работы на борту космической станции.
Благодаря финансированию в 3.8 миллионам евро немецким Космическим Центром, человекоподобный робот ALIA ISS, созданный в университете г. Бремена, Германия, готовится для работы в космосе.
В течение 4-х лет в рамках проекта с названием BesMan (расшифровывается как “сценарии поведения для мобильной манипуляции”) исследователи будут разрабатывать программное обеспечение, необходимое для управления дистанционными роботами в космосе. Скорее всего, робот будет подражать человеческим движениям туловища, рук и ног. Робот уже получил новую пару пятипалых рук, которые оказались значительно лучшими, чем безпалые руки, (которые могли только поднимать предметы, не требующие захвата пальцами).
Задача AILA ISS в том, чтобы использовать в космосе инструменты, а так же управлять пультом управления. Хотя робот будет удалённо управляться оператором с Земли по каналу телевизионной связи, он должен чувствовать изменения в окружающей среде, и действовать автономно, если возникнет такая необходимость. Но исследователи уже думают о новом программном обеспечении, которое будет управлять роботами разнообразных форм – от человекоподобных роботов, до роботов-многоножек. Последних планируется использовать для сборки электростанции на солнечных батареях перед тем, как отправить на Луну астронавтов.
Чтобы робот воспроизводил человеческие движения, исследователь в лаборатории выполняет действие, которое затем моделируется на компьютере. Программное обеспечение разбивает движение на части, которые (при помощи телесигнала) посылаются в космос.
http://roboting.ru/1694-kosmicheskiy-robot-alia-iss-obuchaetsya.html
2023 – “Надежда” в космосе: первые слова робота
Компания Dentsu Inc. создала двух гуманоидных роботов, которые разрабатываются в рамках проекта KIBO: робот Kirobo и Mirata. Kirobo основной астронавт, а другой робот-дублёр на Земле под названием Mirata следила за любыми проблемами или неисправностями, с которыми Kirobo мог столкнуться во время своей миссии в космосе.
Робот Kirobo был отправлен на борту грузового космического корабля Kounotori HTV4 4 августа 2023 года с космодрома японского Космического центра Танэгасима (Tanegashima Space Center), 10 августа прибыл на Международную космическую станцию (МКС). И провел в общей сложности восемнадцать месяцев в качестве первого в мире эксперимента беседы в космическом пространстве между роботом и человеком – астронавтом Коичи Ваката из JAXA, а также провёл исследования для будущего, в котором люди и роботы будут сосуществовать.
10 февраля Надежда благополучно вернулся на Землю на борту грузового корабля CRS-5 Dragon SpaceX, который приводнился в Тихом океане у берегов Калифорнии, а затем вернулся в Японию12 марта. Первые слова Kirobo после возвращения домой были: “С высоты Земля казалась большим синим светодиодом”.
В подведении итогов сессии сотрудничества научно-исследовательского центра передовых наук и технологий Университета Токио, ROBO GARAGE Co., Ltd., Toyota Motor Corporation, и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) 2023 года, состоявшейся в Национальном музее развивающейся науки и инноваций в Токио, участники проекта дали краткий отчёт и показали видео деятельности робота на борту МКС.
http://www.radiocopter.ru/watch?v=xqShesZ3v-g
Эрика Огава (Erika Ogawa), вице-президент Guinness World Records Ltd, представила две записи Kirobo для Книги рекордов Гиннесса:
– “Kirobo(Япония) – первый робот в космосе, который прибыл на Международную космическую станцию 10 августа 2023”
– “Наибольшая высота, на которой робот смог пребывать и вести разговор, была 414,2 км над уровнем моря на Международной космической станции 7 декабря 2023 года”
http://roboting.ru/1750-yaponiya-otpravlyaet-robotov-v-kosmos.htm
http://www.innoros.ru/news/13/09/nadezhda-v-kosmose-pervye-slova-robota
Первая фраза, которую сказал Kirobo, была на японском и при переводе звучала примерно так: “В этот день в 2023 году робот прошёл маленький шаг в яркое будущее, которое ждёт всех нас”.
http://www.radiocopter.ru/watch?t=109&v=AGuurLH_JCU
2023- Робот Джастин ремонтирует станци
Робот Джастин (Justin) очень ловкий и умелый человекоподобный робот, который может справиться со сложной для человекоподобных роботов задачей: приготовить кофе. А теперь его учат ремонтировать спутники.
Джастин был разработан в Институте Робототехники и Механотроники, части немецкого Космического Центра в Германии. Робот выпускается в нескольких конфигурациях, включая одну с колесами. У космической версии есть голова, туловище и руки, но нет ни колёс, ни ног, потому что он будет стационарно смонтирован на космическом корабле или спутнике.
Задача состоит в том, чтобы использовать Джастина для ремонта или дозаправки спутников. Его создатели говорят, что было бы идеально, если бы робот работал автономно. Чтобы заменить модуль или дозаправиться, например, астронавт просто нажал бы кнопку, и робот сделал бы всё остальное самостоятельно.
Но это – в долгосрочной перспективе. Пока что исследователи полагаются на другой подход: удалённо управляемый робот. Оператор управляет роботом с Земли, используя установленный на голове перед глазами дисплей и своего рода “экзоскелет” кисти руки. Таким способом оператор видит то, что видит робот, и чувствует те же усилия, которые испытывает робот, манипулируя инструментами.
На голове Джастина установлены две видеокамеры, используемые для создания стереоскопического изображения. Благодаря этому оператор может получить ощущение глубины, управляя своими руками. Руки и пальцы робота оборудованы датчиками усилия и вращающего момента, чтобы обеспечить оператору обратную связь. В результате оператор чувствует, трудно ли роботу, например, открутить винт, с которым он сейчас возится.
http://roboting.ru/1727-robot-dzhastin-remontiruet-stanciyu.html
http://www.radiocopter.ru/watch?v=W2HusqNsIAA#t=33
У истоков: первые прообразы роботов
Однако история создания роботов тесно переплетается с развитием механики и логически из нее проистекает. Поэтому для ее понимания необходимо углубиться на несколько веков назад, а именно в эпоху античности, когда процветала колыбель наук – Древняя Греция.
В этой стране появились автоматические устройства, созданные для выполнения практических задач и развлечения. В качестве примера можно привести описанную Филоном Византийским механическую женщину-слугу, которая наливала из кувшина вино во вставленный в ее руку стакан.
Древнегреческий математик и изобретатель Архит Тарентский еще в 5 веке до н. э. изобрел деревянного голубя
, который запускался в небо с помощью паровой катапульты.
Еще более сложное и грандиозное автоматическое устройство существовало в научной столице античного мира – великом городе Александрия. На расположенном здесь в начале нашей эры знаменитом Фаросском маяке были размещены величественные женские фигуры. Они могли указывать направление ветра и движение небесных светил (Солнца и Луны), отсчитывать время и даже сигнализировать морякам об опасности во время шторма или тумана с помощью громкого трубного звука.
В древнегреческом городе Сиракузы на острове Сицилия жил
великий греческий изобретатель и ученый Архимед, также прославившийся созданием автоматических механизмов
. В частности, ему приписывается создание первого прообраза настоящего боевого робота.
Другой гениальный грек, Герон Александрийский, изобрел первый в истории программируемый автомат.
Тележка, вывозившая на сцену механизированные марионетки, управлялась с помощью веревки и колышков.
Изменяя положение последних, Герон регулировал наматывание тросиков на независимые оси повозки, тем самым задавая ей траекторию движения. Этот принцип в чем-то похож на перфорированные ленты и карты – средства записи и хранения информации, используемые в автоматических станках и ЭВМ вплоть до 80-х годов ХХ века.
История робототехники была бы неполной без достижений других государств того времени.
Так, еще в конце 2 тысячелетия до н. э., задолго до древнегреческих механизмов, в Древнем Египте жрецы изготовили статую, которая поднятием руки указывала на наследника фараона во время религиозных церемоний.
А в Китае примерно в это же время местные мастера создавали первые прототипы роботов, приводимые в действие силой пороховых взрывов. Великий мудрец Лао-Цзы упоминал о механическом человеке, разработанном для императора на рубеже 1 и 2 тысячелетия до н. э.
И все же именно Древнюю Грецию можно считать родиной робототехники, потому как здесь были не просто построены многие автоматические устройства, но теоретизированы принципы их создания и функционирования.
Античные изобретатели и ученые разработали многие виды передач и двигателей (в том числе паровой, гидравлический и пневматический), сформулировали основные законы классической механики, благодаря чему последующие поколения смогли воспроизвести и развить их опыт.
