Краткая история робототехники | Пикабу

Автоматы да винчи

В середине 20-го века после обнаружения чертежей выяснилось, что да Винчи, помимо прочего, придумывал механизмы. Однако в рукописях нет чёткой инструкции о том, как именно они работали, поэтому получилось множество вариантов «автоматонов да Винчи».

Например, как в случае с механическим львом, которого Да Винчи придумал в 1515 году. Итальянский художник Паоло Ломаццо описывал, как в 1584 году Да Винчи представил королю Франции механического льва, который зашёл в комнату и, сев на задние лапы, раскрыл дверцы на груди, а оттуда посыпались лилии и другие цветы.

Современные учёные сконструировали две версии механического льва. Французский музей, посвященный Да Винчи, попытался сделать подобное устройство в 2009 году, пригласив художника и инженера Ренато Боаретто.

Современный лев сделан в натуральную величину, в его гриве установлена специальная кнопка, которая открывает отсек с лилиями в груди.

Во втором варианте, изготовленном музеем Leonardo3, лев движется на колесе за счёт механизма с пружиной, а цветы выпадают из груди, когда тот останавливается.

Ещё одно изобретение Да Винчи — роботизированный рыцарь. Эскизы устройства были найдены в 1957 году итальянским искусствоведом Карлом Предетти в «Атлантическом кодексе», манускрипте, оставленным да Винчи.

Известно, что эскизы созданы приблизительно в 1495 году. Полный проект рыцаря не сохранился. До этого учёным попадались свидетельства о рыцаре да Винчи, однако тогда это принимали за вымысел.

Росхейм считает, что художник разработал робота в подарок своему покровителю герцогу Людовико Сфорца. Предполагается, что проект робота был придуман в то время, когда Леонардо трудился над декорациями замка Сфорца. Якобы, в 1495 году герцог устроил при своем дворе театрализованное представление, на котором да Винчи представил механического рыцаря.

Леонардо занимался анатомическими исследованиями — он препарировал трупы и делал подробные зарисовки внутренностей. Благодаря этому он отлично знал пропорции и кинезиологию, то, как ведёт себя тело в движении.

На некоторых набросках видно как да Винчи подробно прорисовывал разные части тела робота — шею, голову, спину. В качестве материалов Леонардо использовал дерево, латунь и кожу.

Одетый в средневековые доспехи, рыцарь мог не только сидеть и ходить, он умел двигать руками, поднимать забрало, размахивать мечом. Внутри было две системы — программируемый контроллер обеспечивал работу рук с помощью троса и шестерёнок, а ноги работали за счёт кривошипно-шатунного механизма.

В 1996 году исследованием найденных чертежей занялся Марк Росхейм, а в 2002 учёные построили физическую копию. Позже, Росхейм применил эти наработки для создания роботов NASA.

Он получил заказ на создание гуманоидного робота для обслуживания космических станций. В итоге была создана целая серия роботов, включая двух гуманоидов и несколько прототипов человекоподобных рук omni-hand.

В своей книге «Потерянные роботы Леонардо» Росхейм писал, что использовал в работе физические пропорции и механизм управления рук из чертежей Леонардо. На чертежах видно, что скелет робота напоминает скелет рыцаря.

Исседователи музея Leonardo3 считают, что у робота было военное назначение. Они визуализировали то, как могли использоваться такие автоматоны при обороне крепостей.

В 2020 стало известно, что рука робота умела рисовать. Тогда инженер Роберт Сабуда создал реконструкцию. Руку можно запрограммировать с помощью специального зубчатого диска, она умеет рисовать любые предметы.

Кроме того, среди эскизов Да Винчи была самоходная тележка, похожая на античную. Сегодня существует несколько реконструкций. В музее Leonardo3 использовали систему с пружиной, рессорами и спусковым механизмом.

Другую сконструировал ученый Марк Росхейм, занимающийся средневековой робототехникой. Росхейм понял как работала тележка, после того как увидел чертёж каракури, японского автоматона.

Внутри каракури была зубчатая шестерня, пружина и спусковой механизм. Изменение формы зубчатой шестеренки способно регулировать движение, поэтому ученый считает, что такие механизмы программируемые. Подобная система использовалась и в механическом монахе, автомате короля Испании.

Росхейм выдвинул теорию о том, что конструкция японского каракури была позаимствована у испанцев, которые в свою очередь научились этому из рукописей да Винчи, хранившихся в Испании.


3D-модель Музея Галилео во Флоренции

В реконструкции Росхейма движущую силу тележки создают две большие спиральные пружины. Они завиты в разные стороны и установлены в специальные барабаны. Спусковой механизм обеспечивает плавное раскручивание пружин. Направление движения тележки регулируется ведущим колесом, которое программируется шестерёнками. В конструкции продумана специальная тормозная система — раскрытие пружин сдерживалось натяжением троса.

Изобретения исламского ренессанса

Период с середины 8 по середину 13 века историки называют «золотым веком исламской культуры» или «исламским ренессансом» — тогда Арабский халифат был крупнейшим государством.

Ученые, философы, врачи и мыслители собрались в Багдаде. Аббасидские халифы Харун аль-Рашид и его сын Абдуллах аль-Мамун основали в Багдаде академию под названием «Дом мудрости».

Халифы хотели сделать греческие тексты доступными для арабского мира, поэтому поощряли переводчиков. Их цель была в том, чтобы сохранить греческое наследие на арабском языке в библиотеке Дома мудрости, а также дать толчок развитию медицины — в Халифате был спрос на врачей.

Живший в 8 веке арабский алхимик Джабир ибн Хайан, известный под латинизированным псевдонимом Гебер, в своих трудах писал о некой алхимической цели под названием «Takwin», что означает процесс создания жизни. Неизвестно что именно Гебер вкладывал в значение этого слова, но, возможно, это была мечта о создании искусственного существа.

Примерно в 9 веке в библиотеке Дома мудрости работали три брата Бану Муса. Они были учёными в разных областях, но каждый из них интересовался механикой. Все вместе они написали книгу знаний о механических устройствах «Китаб аль-Хиял».

Британский востоковед Гай ле Стрендж в своем переводе арабских хроник упоминает, как византийские послы, прибывшие в Багдад в 917 году, описывали увиденные богатства — среди прочего в Багдадском дворце было серебряное дерево, весом больше тонны.

Изделие стояло посреди большого резервуара с водой. У дерева было 18 веток, на каждой из которой было множество маленьких веточек с золотыми и серебряными птицами. Все пташки были разной величины и каждая пела.

Похожий механизм видел итальянский дипломат Лиутпранд Кремонский, когда был на аудиенции в Константинополе в 949 году.

Механик-изобретатель аль-Джазари, живший в 1136-1206 годах написал трактат «Книга знаний о гениальных механических устройствах», в котором описал инструкции по созданию и использованию 50 механизмов — коленчатого вала, водяных часов, музыкальных автоматов и других.

Среди автоматов была служанка для подачи воды, устроенная так же, как у Филона Византийского, только без вина. К каждому изобретению была нарисована иллюстрация и прилагалось описание.


​Часы из книги аль-Джазари

Самым известным изобретением аль-Джазари являются часы в виде слона. Автомат действовал за счёт системы с водяным резервуаром, который был такого размера, чтобы наполняться ровно полчаса.

Похожие технологии использовались греками и индусами. Вся конструкция была спрятана в фигуре слона, на котором стояла карета с правителем и погонщиком.

На крыше кареты сидели китайский дракон и египетский феникс — в те времена территория арабского халифата достигала Средней Азии и аль-Джазари хотел подчеркнуть мультикультурализм мира. Наполнение резервуара водой приводило алгоритм в действие.

У автомата существует несколько современных репродукций: часть была создана в рамках проекта «1001 изобретение», который гастролирует по всему миру, полноразмерная копия представлена в торговом центре Ibn Battuta Mall в Дубае в ОАЭ.

Ещё одну можно найти в Музее часового искусства в Швейцарском городе Ле-Локле и в Университете науки и техники в Саудовской Аравии.


Реконструкция часов в Ibn Battuta Mall в Дубае.​

В 2020 году Слоновые часы аль-Джазари были воссозданы для выставки UNIQ Expo в Стамбуле. Помимо слона, реконструированы и другие автоматоны мастера: музыканты в лодке, павлин, водяные часы.


​Фонтан для мытья рук был сделан в виде павлина — вода подавалась с помощью рычага, который спрятан в хвосте.

Кроме того, аль-Джазари разработал для собраний при господском дворе механических музыкантов — несколько фигурок сидели в лодке и играли на барабанах и цимбалах.

Они работали благодаря гидравлическому механизму. Ноэль Шарки считает, что этот механизм аль-Джазари был программируемым. Шарки отмечает в работах аль-Джазари преемственность методов Герона Александрийского — это было возможно благодаря переводам братьев Бану Муса.

В машине аль-Джазари тоже был вал с колышками, как в театре Герона. У аль-Джазари он приводился в действие водой. Колышки активировали рычаг, управляющий руками барабанщика — и ритм барабана зависел от расположения колышков.


​Реконструкция механических музыкантов аль-Джазари

История теории производства :: федеральный образовательный портал — экономика, социология, менеджмент

Опубликовано на портале: 30-12-2004

Краткий очерк по истории развития микроэкономической теории производства, рассказывающий
о формировании этой дисциплины в период в 19-20 вв. Представления о производстве
у экономистов доклассического и классического периодов, роль маржиналистской революции,
появление и разработка теории производственной функции, анализ функции затрат и многое
другое. Упоминаются все основные экономисты, внесшие вклад в развите этой области.


Микроэкономическая теория производства представляет собой изучение закономерностей
преобразования ресурсов в продукт, происходящее в рамках отдельной фирмы. Основны
инструментом теории является производственная функция, из которой потом выводятся
функции затрат. В конечном счете, теория производства позволяет понять, как при ограничениях,
задаваемых производственной функцией и носящих технологический характер, происходит
решение задачи максимизации прибыли или минимизации затрат.

Для экономистов доклассического периода производство часто отождествлялось с сельскохозяйственным
производством и добывающей промышленностью, так как слово production означало
именно рождение новых материальных благ. У классиков производством считалось любое
материальное производство (в том числе обрабатывающая промышленность), но транспорт,
торговля и сфера услуг считались отдельными «непроизводственными» занятиями.
В неоклассической теории производством стали называть вообще любое превращение ресурсов
в продукт, в том числе нематериальный.

Неоклассические идеи в теории производства (как и в теории потребительского выбора)
связываются с маржиналистским направлением в экономическом анализе конца XIX века,
в частности с австрийской школой. В ее рамках принцип предельного анализа был перенесен
с конечных, потребляемых благ, на блага, представляющие собой средства производства.
Так, К. Менгер отмечал, что «блага высшего порядка» (средства производства)
так же участвуют в удовлетворении потребностей людей, как и непосредственно потребляемые
индивидами блага. Осуществляется это косвенным образом, через участие в производстве
последних. Услуги средств производства в рамках работ представителей австрийской
школы понимались как незавершенные потребительские блага. Результатом этого стала
возможность распространения принципа предельной полезности на сферу производства
и распределения доходов.

На основе этого была разработана теория вменения, в рамках которой ставилась
задача выведения функций полезности благ, занятых в производстве, на основе функций
полезности потребительских благ. Кроме того, в австрийской школе развивались идеи
замещения и дополняемости факторов производства в рамках утверждения о том, что определенное
количество «блага низшего порядка» (потребительского блага) может быть
произведено различными комбинациями «благ высшего порядка». Одним из первых,
кто сформулировал это в явном виде, был Менгер, утверждая, что некое количество блага
низшего порядка может быть произведено различными комбинациями благ высшего порядка.
В некотором смысле это предвосхитило появление закона переменных пропорций и понятие
изокванты.

Смотрите про коптеры:  ParkFlyer 4. Учебная парта пилотажника

Представителем австрийской школы Ф. Визером была предложена еще одна важная
концепция для современной теории производства — концепция альтернативных затрат
как приносимой в жертву полезности (Wieser F. Uber den Ursprung und die Hauptgesetze
des Wirtschaftlichen Wertes. Wien, 1884). Английский термин — opportunity
cost
— появился в работе Д. Грина (D.I. Green «Pain Costs and
Opportunity Costs»//Quarterly Journal of Economics, 1894, January). Это было
значительным новшеством в определении смысла затратс точки зрения процесса производства
в обществе с ограниченными ресурсами.

Важнейшим этапом в развитии теории стали исследования А. Маршалла. В своих
«Принципах экономики» Маршалл не использует понятие производственной функции
в явном виде, но развивает теорию предельной производительности. В частности, Маршалл
следовал идее Тюнена о возможности замещения факторов при производстве данного количества
продукции. Важной заслугой Маршалла является учет фактора времени при исследовании
феноменов поведения затрат и введение таких понятий, как короткий и длительный период.
Другим вкладом Маршалла является его анализ экономии от масштаба производства и обсуждение
внутренней и внешней экономии от масштаба. Внутренняя экономия, как правило, связывается
в экономической науке с ростом масштабов фирмы, имеет источником технологические,
управленческие, финансовые источники, а результатом – снижение издержек. Внешняя
экономия, связывается с процессами расширения отрасли, в которой действуют фирмы.
На основе последних Маршалл попытался найти основания для удовлетворительного объяснения
убывающих издержек и их совмещения с теоретической конструкцией совершенной конкуренции.
Он настаивал на включении внутренней и внешней экономий в отраслевые функции предложения
– с целью повышения их реалистичности, хотя это разрушало статический характер
его экономического анализа. Результат действия внешней экономии от масштаба Маршалл
видел в факте убывающих кривых издержек (кривых предложений отраслей), а не в сдвигах
их вниз у индивидуальных фирм. Впоследствии А. Пигу (Analysis of Supply//Economic
Journal, 1928, June) отмечал, что при обосновании убывающих отраслевых кривых предложения
исключительно внешней экономией, сохраняется возможность для сохранения возрастающих
кривых издержек отдельных фирм, а значит – избежания противоречия между убывающей
отдачей и конкурентным равновесием.

В целом работы Маршалла в области теории производства создали основу для активной
полемики об убывающих издержках в 20-30 ые годы XX в. в кругу экономистов-теоретиков.
Одна статья из этого множества работ — Дж. Вайнер «Кривые затрат
и кривые предложения» («Cost Curves and Supply Curves»//Zeitschrift
fur Nationalokonomie, 1931, 3,) — сыграла большую роль в формировании стандартного
раздела про производственные функции в современных учебниках микроэкономики, так
как в ней была предложена удобная графическая интерпретация кривых AC, MC, AFC, AVC
и осуществлен анализ поведения фирмы.

Важнейшим этапом в развитии современной теории производства стало развитие анализа
технологических возможностей, которыми располагали производители в определенный момент
времени – производственной функции. Последняя представляет собой зависимость
количества продукции, которую может произвести фирма от объемов затрат ресурсов.
Обсуждение концепции производственной функции занимает значительное место в теории
производства в начале XX века. Среди экономистов, способствовавших развитию понятия
производственной функции в экономическую науку того времени выделяются имена Ф.
Уикстида, В. Парето, А. Берри, Дж. Хикса, Р. Фриша, П. Самуэльсона.

В рамках концепции производственной функции нашли отражение уже известные экономистам
«законы» об уменьшении предельной производительности ресурсов или об экономии
от масштаба производства. В то же время, используя математический аппарат, экономисты
открыли для себя еще несколько сложных теоретических вопросов, на обсуждение которых
было потрачено много усилий известными экономистами.

Важной проблемой был вопрос об однородности производственной функции. Функция
однородна в степени n, если умножение всех независимых переменных на одну
и ту же постоянную α, вызывает умножение зависимой переменной на величину
α в степени n. Линейная однородность имеет место, когда функция
однородна степени 1. Линейно однородная производственная функция отражает постоянную
отдачу: удвоение всех используемых ресурсов означает удвоение выпуска. При этом,
линейность не означает линейности самого уравнения производственной функции.

Одним из первых, кто принял на вооружение в экономическом анализе гипотезу об
однородности первого порядка, был Ф. Уикстид. Выводом его работы «Essay on the
Co-ordination of the Laws of Distribution» (1894) было то, что доля каждого
фактора в общем продукте равняется его количеству, умноженному на величину его предельной
производительности. При этом в сумме доли всех факторов исчерпывают чистый продукт
фирмы. Но это относится уже к теории распределения.

Другим важным вопросом была взаимозаменяемость ресурсов в производственной
функции
. Экономисты разработали несколько видов производственной функции, характеризующей
заменяемость ресурсов в процессе производства. Производственная функция с постоянными
коэффициентами
. Это производственная функция, в которой ресурсы сочетаются в
постоянном соотношении. Фиксированные пропорции факторов производства – относится
к производственному процессу с постоянным соотношением капитал-труд. Изокванта в
данном случае принимает форму прямого угла, лучи которого параллельны осям координат.
Так как фиксированное соотношение является важной характеристикой анализа «затраты-выпуск»,
автором которого был В. Леонтьев, кривая такого рода часто называется изоквантой
затрат-выпуска или изоквантой Леонтьева.

Отдельным направлением исследований был анализ агрегированной производственной
функции. Эмпирические исследования Пола Дугласа обрабатывающей промышленности
США и последующая их обработка их Чарльзом Коббом привели к появлению математического
выражения, описывающего влияние применения труда и капитала на выработку продукции:

AKαL1-α,

где А и

α

; — константы, К и L — количества капитала и труда.
Эта производственная функция имела постоянную отдачу от масштаба, а доли факторов
производства в продукте зависели от коэффициента α Одним из выводов было то,
что труд и капитал получают ту долю продукции, которую они получают в виде заработной
платы процента/прибыли.

Для преодоления ограничения функции Кобба-Дугласа, которая всегда является однородной
в первой степени, в 1961 г. несколькими экономистами (К. Эрроу, Х. Ченери,
Б. Минхас и Р. Солоу, «Capital-Labour Substitution and Economic
Efficiency»//Review of Economic Studies, 1961.) была предложена производственная
функция с постоянной эластичностью замещения
. Это линейно однородная производственная
функция с постоянной эластичностью замещения ресурсов. Позже была предложена и производственная
функция с переменной эластичностью замещения
. Она представляет собой обобщение
производственной функции с постоянной эластичностью замещения, допускающее изменение
эластичности замещения с изменением отношения между затрачиваемыми ресурсами.

Использование агрегированной производственной функции, в особенности с непрерывно
изменяющимися коэффициентами, вызвало оживленную дискуссию по другому важному вопросу.
По мнению Кембриджской школы существование агрегатной производственной функции препятствует
возникновению ситуации «обратного» переключения технологий (reswitching)
– т.е. ситуации, в которой метод производства, от которого в одних условиях
отказались, может в определенных обстоятельствах снова стать выгоднее, чем альтернативный.

См. также:

  1. История теории потребления и спроса
  2. История теории рыночных структур
  3. История теории факторов производства
  4. История теории благосостояния


Краткая история робототехники

Оценка верхней границы разрешения исторических фотографий имеет важное значение для настройки параметров оцифровки. Сегодня у нас наконец-то есть технология, позволяющая оцифровать практически всю информацию, содержащуюся на фотографии, и сделать ее широко доступной для общественности. Оцифровка трудоемка и опасна для оригинала, поэтому желательно сделать это всего один раз. Таким образом, ключевой вопрос заключается в том, какое разрешение сканирования достаточно, чтобы нам никогда не пришлось бы повторять его снова? Я задал этот вопрос в 2004 году, когда начался наш проект оцифровки архива фирмы «Шехтль и Восечек»( Šechtl & Voseček), и здесь я пытаюсь обобщить свои наблюдения по поводу одного конкретного изображения.

«Забастовка в Боснии» под микроскопом

Игнац Шехтль, Жижкова площадь в Таборе, 1880-1885, мокрый коллоидный процесс, негатив 11х13 см.

Это один из моих любимых примеров исторической фотографии высокого разрешения. Это была одна из первых фотографий, что мы просмотрели в 2004 году и заметили кое-что необычное. На крошечном фрагменте оригинальной стеклянной пластины отчетливо виден текст «Povstání v Bosně» / «Забастовка в Боснии»! Это был ключ к датировке фотографии — забастовка в Боснии была в 1875 году, так что это, должно быть, одна из самых старых сохранившихся фотографий площади!

Нам пришлось ждать еще 10 лет, чтобы прочитать больше, потому что нужно было отсканировать её в невероятных 5588dpi (5588 точек на отрезке в один дюйм (2,54 см)). Скан представлен здесь в полном разрешении (я, правда, не нашёл, где, ибо те фотографии, что приведены здесь, меньше описываемого исходника в десятки раз). В 2020 году мы купили сканер Eversmart Select, способный сделать такую работу (этот король планшетных сканеров в 2000-е годы стоил, как Ferrari, и нам всё ещё пришлось заплатить 6000 долларов за этого монстра). Сам текст имеет размер 0,5×0,2 мм в исходном размере. Нажмите на картинку, чтобы увидеть полное разрешение.

На обращённом и кропнутом (4,5х5,5мм) изображении видны позирующие для длинной выдержки люди, а также объявления на информационных щитах.

На фотографии позируют более 10 человек. Мальчик на переднем плане (за пределами предполагаемого кадрирования, если делать визитную карточку) успел сфотографироваться 4 раза. Очевидно, время экспозиции было долгим, и вся площадь взаимодействовала с фотографом. На последней (кропнутой) фотографии люди имеют рост около 0,2 мм. Возможно, они были разочарованы тем, что не смогли узнать себя даже под сильным увеличительным стеклом.

Однако мы смогли прочитать больше текста. Вы можете увидеть «Národní Kalendář»/» Национальный календарь» и, ещё более мелким шрифтом, «výročí»/»юбилей». С помощью Google я смог идентифицировать сам календарь — это «Pečírkův Národní Kalendář». Здесь вы можете прочитать дипломную работу об этом знаменитом календаре (на чешском). Очевидно, это один из выпусков, произведённых к годовщине забастовки в Боснии. По другим признакам, видимым на фотографии, мы знаем, что она был сделана в 1880-1885 годах. Таким образом, это означало, что придётся посетить Национальную библиотеку, чтобы уточнить, в каком именно.

Так каково же разрешение этой фотографии?

Обрезок объявления, отсканированного на 5588dpi с помощью Eversmart Select (слева), после цифровой накрутки резкости (посередине) и после уменьшения до 2000dpi и растянутый обратно (до 5588dpi)

Видно, что 2000dpi уже захватывает не все детали мелкого текста. При 2000dpi размер скана всей фотографии будет 8701×10315 пикселей, или 90 мегапикселей! Значительно выше разрешения моего Canon G7X, и это довольно консервативная оценка.

Конечно, этот снимок не конкурирует с нынешней 90-мегапиксельной цифровой камерой по всей площади пластины. Исторические объективы были резкими и контрастными в центре, а разрешающая способность ухудшалась по углам. Тем не менее впечатляет, что в 1880-е годы фотографы могли достичь разрешения дорогих профессиональных камер, доступных сегодня. 80-мегапиксельная Мамия продается за 28000 долларов, и это один из наиболее дешевых вариантов.

Как я могу оценить разрешение исторического негатива?

Достаточно ли моего сканирования в 5588DPI, или можно прочесть на объявлении ещё больше текста? Ну, в этом случае я могу легко дать ответ, сравнив резкость трещины в эмульсии с деталями изображения. Очевидно, что трещина чётче, чем остальная часть изображения, и поэтому камера моего прапрадеда не запечатлела резких деталей на 5588DPI.

Смотрите про коптеры:  Как самому собрать радиоуправляемый самолет

{Вот тут я не совсем понял: либо Игнац Шехтль — действительно его прадед, либо он просто дурачится, потому что дальше он назовёт его прадедом ещё не раз}

Учитывая размеры архива с негативами, невозможно исследовать каждый из них настолько скурпулёзно. К счастью, доступны замеры, которые позволяют нам оценить разумный верхний потолок разрешения. Они хорошо описаны в работе Тимоти Витале: оценка разрешения исторических пленочных изображений: использование уравнения разрешающей способности (RPE) и оценки качества линз.

С 1940-х годов некоторые производители пленки публикуют данные о количестве пар линий на миллиметр, которые данная пленка может вместить. Обобщив данные опубликованных измерений, Т. Дж. Витале подготовил следующую таблицу по разрешению черно-белой пленки:

Тимоти Витале: оценка разрешения исторических пленочных изображений: использование уравнения разрешающей способности (RPE) и оценок качества объективов, рис. 18а

В этой таблице приведены данные о разрешении черно-белой пленки (начиная с 1940 года) и предполагаемом разрешении негатива в зависимости от года изготовления.

Разрешение негатива, однако, является просто очень грубой верхней границей разрешения реальной фотографии. Каждая фотография сделана через объектив, и от качества объектива зависит, насколько мелкие детали они могут запечатлеть. Следующее изображение прекрасно резюмирует этот эффект:

{Далее будут упомянуты формула расчёта и таблицы 1 и 2, которые не приводятся в статье. Ща объясню:

Сначала то самое уравнение разрешающей способности (PRE).

Для фотографий это

1/R = 1/r [носитель] 1/r [объектив кам.] 1/r [объектив увел.] 1/r [фотобумага],

где R — общая разрешающая способность, r — разрешающая способность конкретного компонента

Нас же интересуют непосредственно негативы, для оценки разрешающей способности которых достаточно знать, на что способны пленка и объектив.

1/R [система] = 1/r [носитель] 1/r [объектив]

А вот Кодак, например, приводит в своих даташитах более сложную формулу. При этом она даёт почти тот же самый результат, поэтому автор решил ею не пользоваться.1/R^2 [система] = 1/r^2 [носитель] 1/r^2 [объектив]

Таблица 1. Информация о разрешении некоторых пленок и объективов. И не только о разрешении — на объективы приведена средняя цена по соответствующему данной эпохе курсу доларах.

Таблица 2. Таблица данных разрешающей способности конкретной системы. Посчитали, как изменится разрешающая способность системы, если плёнку отснять объективами разной степени хреновости. Выражены в количестве точек на дюйм (PPI) и потери в процентном отношении к возможностям пленки. lp/mm — пары линий на миллиметр

Возвращаемся к статье}

Таким образом, чтобы оценить разрешающую способность фотографии, необходимо оценить разрешающую способность объектива и объединить результаты с помощью уравнения разрешающей способности или использовать следующую упрощенную таблицу, предсказывающую потерю разрешения:

Таблица 3. 12 рекомендаций по прогнозированию потерь разрешения плёнки в соответствии с эрой и качеством плёнки и объектива.

Чтобы определить разрешение черно-белого негатива, сначала оценивают разрешение пленочного материала по первой таблице, а затем учитывают потери по второй таблице. Для уверенности, что детали изображения можно отличить от дефектов, было бы неплохо отсканировать его с разрешением примерно в два раза больше от расчётного.

И какой же сканер мне понадобится для фотографии моего пра-прадедушки? Ну, это типа негатив большого формата, снятый в 1880-х годах. Согласно первой таблице, разрешение «пленки» должно быть 1500ppi. Я применяю рекомендацию 9 (из табл. 3), из которой следуют потери в 60%. Фотография должна получиться не более 600ppi. На самом деле Т. Дж. Витале оценил бы её еще ниже:

Пленка 1889 года — собственное разрешение пленки 1885 года составит около 1460 ppi (28 ЛП/мм). Это пленка низкого разрешения, экспонируемая через средний объектив той эпохи, около 20-30 ЛП/мм. В соответствии с руководством 10 в таблице 6, пленка будет производить изображения с разрешением в диапазоне 483 ppi, как показано в колонке 7 таблицы 7. Однако если изображение было сделано с помощью ручной камеры, такой как складная камера Kodak #3 или коробчатая камера Kodak #2, оно может быть даже ниже 292 ppi, следуя руководству 11, как показано в колонке 8 таблицы 7.

Тимоти Витале: оценка разрешения исторических пленочных изображений: использование уравнения разрешающей способности (RPE) и оценки качества объектива, стр. 22.

Вот что я должен был бы увидеть на объявлении, если бы разрешающая способность была 600DPI

Тот же самый кроп (с календарём), ужатый до 600dpi и растянутый обратно.

Как мой пра-прадед обманул технологии и получил изображение в таком впечатляющем разрешении, если это было невозможно?

Во-первых, я считаю, что в таблице Тимоти Витале есть ошибка. 1940 год-это примерно то время, когда увеличители стали мейнстримом (с появлением 35-миллиметровых камер), а фотографы отошли от контактной печати. Впервые стал важен размер зерна негативного материала. Таким образом, я считаю, что использование закона Мура неверно. В то время, когда были изобретены черно-белые негативы, они начинались с некоторого разрешения, которое было легко произвести, и улучшения до 1940-х годов, вероятно, были гораздо менее драматичными, чем улучшения после 1940-х годов и до наших дней.

Таким образом, можно предположить, что разрешение пленки оставалось неизменным с момента изобретения пленки до 1940 года. Давайте повторим оценку, используя данные 1940-х гг. Пленка 1940-х годов оценивается в 3000PPI, с потерей 60% я получаю 1200PPI.

Всё тот же кроп, ужатый до 1200dpi и растянутый обратно.

Что ж, это уже ближе, но ясно, что я не смог бы идентифицировать автора календаря. Так что все еще недостаточно хорошо.

Есть еще одна ошибка в моей оценке — фотография сделана очень трудоемким мокрым коллодионным процессом (использовавшимся моим прапрадедом до начала 1890-х годов), где стеклянную пластину нужно было подготовить на месте, выставить и проявить еще влажной (поэтому фотографу пришлось бы принести палатку с передвижной фотолабораторией). Влажный процесс был хорошо принят за его низкую зернистость и использовался для печати еще долго после того, как появились сухие негативы.

Допустим, что эти негативы имели бесконечное разрешение, и посмотрим, какие объективы были доступны в 1880-х.

Гайд по оценке разрешения объективов всё из того же труда Тимоти Витале.

Профессиональный БФ — Любительские бокс-камеры, складные и какие-то PnS — Профессиональные среднего формата — Профессиональные и любительские малого формата.

В соответствии с этой таблицей, в 1880-х лучшая оптика могла похвастаться максимум 40 lp/mm.

Цифровое разрешение можно легко вычислить: 40*25.4*2=2002 (преобразование в дюймы и умножение на два для каждой пары линий). Это правдоподобное число, соответствующее моим наблюдениям. Но где же потеря разрешения пленки? Даже если мелкозернистый, влажный коллодиевый процесс определенно не имел бесконечное разрешение. Ну, мне не удалось найти никаких данных, и я подумываю провести эксперимент.

В каждом случае разрешающая способность объектива должна быть как минимум на 25% больше, чем фактическое разрешение изображения. До сих пор кажется маловероятным, что Игнац смог достичь такого разрешения с помощью актуальной на то время камеры, потому что объективы с разрешением более 50 ЛП/мм стали доступны только в 1890-х годах после того, как дома, запечатлённые на фотографии, были снесены.

По семейным преданиям, Игнац ездил в Англию и Венгрию за качественными объективами. Может быть, он также путешествовал во времени за своими покупками?

Мой пра-прадед во время визита в Лондон.

Более вероятное объяснение заключается в том, как оценивается разрешение объектива. Разрешение различается в центре и по краям, а также сильно зависит от ширины апертуры. В оптимальном месте и с зажатой диафрагмой объектив, вероятно, может работать немного выше своих официальных параметров, хотя Т. Дж.Витале прямо упоминает, что исторические объективы (1915-50), должно быть, ограничены 40-60 ЛП/мм в центре, и в его опыте негативы не превышают 1250ppi.

Руководства по оцифровке

Каковы данные в официальных руководствах по оцифровке негативов стеклянных пластин? Ответ варьируется, но в основном сильно ниже моих наблюдений:

U.S. National Archives and Records Administration (NARA) Technical Guidelines for Digitizing Archival Materials for Electronic Access: Creation of Production Master Files – Raster Images рекомендует сканирование в 6000 пикселей по длинному краю, около 135 МБ данных RGB, то есть 45 мегапикселей.

Library of congress digitized civil war photographs — примерно по 40 мегапикселей на каждый негатив (разрешение зависит от размера негатива).

Federal Agencies Digitization Guidelines Initiative: Technical Guidelines for Digitizing Cultural Heritage Materials рекомендует оцифровать фотографическую пленку до 4×5 при 1000PPI (1 звезда), и до 4000PPI (4 звезды). Рекомендация 4 звезды хороша, но если бы стеклянная пластина была на дюйм больше, она сканировалась бы от 500 PPI (1 звезда) до 2000 PPI (4 звезды).

Digitization Standards for the Canadian Museum of Civilization Corporation — рекомендуется 300 ppi, с минимумом 3000 пикселей для более длинной стороны (8×10, или 1:1 для форматов больше 8 x 10)

DFG Practical Guidelines on Digitisation:

Средний формат: 4000 dpi x 0.03 / 0.05 = 2400 dpi

9 x 12: 4000 dpi x 0.03 / 0.1 = 1,200 dpi

18 x 24: 4000 dpi x 0.03/0.2 = 600 dpi

Итог

Оцифровка исторических фотографий должна производиться таким образом, чтобы все детали оригиналов были запечатлены в цифровом файле. Здесь я сосредоточился на черно-белых негативах, которые являются одними из лучших, а также демонстрируют наибольшее разнообразие. Разрешение фотографии можно оценить на основе года ее изготовления и размера негатива, используя данные, представленные в работе Т. Дж. Виталя.

Я могу показать реальный пример фотографии, сделанной в 1880-1885 годах, которая соперничает с лучшими цифровыми снимками, которые мы можем сделать сегодня (по крайней мере, в в центральной их части). Детали изображения достигают разрешения более 2000ppi и нуждаются в сканировании с разрешением более 90 мегапикселей. Я бы сказал, что действительно полностью удовлетворительный скан представленной фотографии (с точки зрения разрешения) должен быть не менее 4000ppi, или 360 мегапикселей. Удвоение фактического разрешения изображения полезно для того, чтобы сделать повреждение фотографии легко отличимым от исходного изображения (на самом деле, Т. Дж.Витале рекомендует умножить на 4 для идеального захвата, это подтверждается теоремой Найквиста). Настоящий монстр, который превосходит большинство рекомендаций Руководства по оцифровке, за исключением FADGI.

{Вот это вот имеется в виду}

Следуя рекомендациям Т. Дж. Витале, можно оценить разрешающую способность в 600ppi. Таким образом, к предположениям о разрешении пленки до 1940-х годов, представленном Т. Дж.Виталем, следует относиться с осторожностью и, вероятно, стоит придерживаться опубликованных данных (то есть, все сухие стеклянные негативы до 1940-х годов должны иметь разрешение около 3000ppi), и еще более тщательно относиться к негативам мокрого процесса. Негативы, предшествовавшие 1940 году, редки и драгоценны, и стоит иметь дополнительное дисковое хранилище для таких сканов.

В следующей части я приведу примеры негативов сухого процесса высокого разрешения из нашей коллекции и перейду к вопросу о динамическом диапазоне, битовой глубине и других аспектах хорошего сканирования.

—————————————————————————————————————————————————————-

Примечания

  1. Робот — статья из энциклопедии «Кругосвет»
  2. Робот // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  3. Československá Rusistika: časopis pro jazyky a literaturu slovanských národů SSSR.. — Nakl. Československé akademie věd., 1980-01-01. — С. 157. — 792 с.
  4. Чапек // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  5. Младшая эдда.
  6. Млашая эдда.
  7. Макаров, Топчеев, 2003, с. 6.
  8. http://chip-news.ru/archive/chipnews/200402/Article_14.pdf
  9. King, Elizabeth. Clockwork Prayer: A Sixteenth-Century Mechanical Monk // Blackbird. — 2002. — Vol. 1, no. 1.  (Проверено 10 октября 2020)
  10. РУР
  11. Роботы 1920-1930-х годов.
  12. Макаров, Топчеев, 2003, с. 3.
  13. Роботы всякие нужны. Какие профессии человек доверит машинам в ближайшем будущем?. // Lenta.ru (1 мая 2020).
  14. Макаров, Топчеев, 2003, с. 174.
  15. Kwoh Y. S., Hou J., Jonckheere E. A., Hayall S.A robot with improved absolute positioning accuracy for CT guided stereotactic brain surgery // IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 35 (2), 1988. — P. 153—161.
  16. Хирургическая система da Vinci Robot фирмы Intuitive Surgical (США)
  17. Лаборатория Трёхмерного Зрения. Роботопатрульная служба
  18. 12Элизабет Бро.Армия матрицы // Metro Москва. — 2020. — № 14 за 22 февраля. — С. 10.
  19. Аппарат «Гном». Поисково-спасательные работы
  20. Военные испытали робота Spot от Google. robot-review.ru (21 сентября 2020). Проверено 17 января 2020.
  21. Робот-учёный совершил первое открытие. Lenta.ru (3 апреля 2009). Проверено 8 января 2020.Архивировано 22 августа 2020 года.
  22. Робот-учитель осенью начнет преподавать в лицее Томского политеха. ТАСС (16 мая 2020). Проверено 17 мая 2020.
  23. Градецкий В. Г., Вешников В. Б., Калиниченко С. В., Кравчук Л. Н.  Управляемое движение мобильных роботов по произвольно ориентированным в пространстве поверхностям. — М.: Наука, 2001. — 360 с.
  24. Градецкий В. Г., Князьков М. М., Кравчук Л. Н.  Методы движения миниатюрных управляемых внутритрубных роботов // Нано- и микросистемная техника. — 2005. — № 9. — С. 37—43.
  25. Kazuhiro Nakada, Yozo Ishii.Expliner — Robot for Power Line Inspection. // HiBot Corporation. Проверено 10 октября 2020.
  26. Борн, Денис.Линии электропередач проверяет робот-«эквилибрист». // Электронное издание 3DNews — Daily Digital Digest (16.11.2009). Проверено 10 октября 2020.
  27. Киселёва А. В., Корецкий А. В. Анализ движения робота на линии в окрестности опор высоковольтных ЛЭП // Trends in Applied Mechanics and Mechatronics. Т. 1 / Под ред. М. Н. Кирсанова. — М.: ИНФРА-М, 2020. — 120 с. — (Научная мысль). — ISBN 978-5-16-011287-9. — С. 70—83.
  28. ACM-R5  (недоступная ссылка с 22-05-2020 [1981 день] — историякопия)
  29. Hirose S.  Biologically Inspired Robots: Snake-Like Locomotors and Manipulators. — Oxford: Oxford University Press, 1993. — 240 p.
  30. Gonzáles-Gómez J., Aguayo E., Boemo E.  Locomotion of a Modular Worm-Like Robot Using a FPGA-based Embedded MicroBlaze Soft-processor // Proc. 7th Intern. Conf. on Climbing and Walking Robots, CLAWAR 2004. Madrid, Sept. 2004. — Madrid, 2004. — P. 869—878.
  31. Entertainment Robotics — Robotic fish powered by Gumstix PC and PIC
  32. Air-Ray Ballonet
  33. Flying Robot Bird Unveiled
  34. Grasshopper robot can leap 27 times its body length
  35. Ostrowski J., Burdick J.  Gait Kinematics for a Serpentine Robot // Proc. IEEE Intern. Conf. on Robotics and Automation. Minneapolis, 1996. — New York, 1996. — P. 1294—1299.
  36. Осадченко Н. В., Абдельрахман А. М. З.  Компьютерное моделирование движения мобильного ползающего робота // Вестник МЭИ. — 2008. — № 5. — С. 131—136.
  37. Голубев Ю. Ф., Корянов В. В.  Построение движений инсектоморфного робота, преодолевающего комбинацию препятствий с помощью сил кулоновского трения // Известия РАН. Теория и системы управления. — 2005. — № 3. — С. 143—155.
  38. Фотография робота с человеческой мимикой
  39. В Японии создан эмоциональный робот // Дни.Ру, 24.06.2009
  40. INTERNATIONAL ROBOT EXHIBITION 2020
  41. Япония: Международная выставка роботов (69 фото видео)
  42. В Китае прошли Олимпийские игры среди роботов
  43. Информационное письмо — Официальный сайт Молодёжного научно-технического фестиваля «Мобильные роботы»
  44. http://eurobot.uni-r-c.ru/
  45. Михайлов, Алик. Новый рекорд в сборке кубика Рубика роботом (рус.), Занимательная робототехника. Проверено 1 октября 2020.
  46. Бережной, Сергей.Айзек Азимов: Человек, который писал ещё быстрее. Русская фантастика (1994). Проверено 17 мая 2020.Архивировано 25 января 2020 года.

Хронология развития робототехники

1942 — Айзек Азимов излагает Три Закона Робототехники

Одним из первых концепцию робототехники описал американский писатель-фантаст Айзек Азимов. В произведении «Я, робот» автор излагает Три Закона Робототехники:

  1. Робот не может причинять вред человеку или своим бездействием позволить, чтобы человеку причинили вред.
  2. Робот должен подчиняться любым приказам, данным ему людьми, за исключением случаев, когда такие приказы будут противоречить Первому Закону.
  3. Робот должен защищать самого себя, если такая защита не противоречит Первому или Второму Закону.

1943 — внедрение нейронных сетей

Искусственные нейронные сети были созданы на основе нейронных сетей человеческого мозга. Они представляют собой вычислительные системы, предназначенные для имитации процесса обработки информации человеческим мозгом.

Сегодня нейронные сети — это высокие технологии, которые широко применяются в искусственном интеллекте. Но в далеком 1943 году они были основаны на математической формуле. Авторы формулы — Уоррен Мак Каллох и Уолтер Питтс, которые представили её в своей статье под названием «Логическое исчисление идей, присущих нервной деятельности» (англ. «Logical Calculus of the Ideas Immanent in Nervous Activit»).

Первую нейронную сеть разработали двое талантливых ученых Марвин Мински и Дин Эдмондсон в 1951 году. Её назвали SNARC (Stochastic Neural Analog Reinforcement Computer). Она была сделана из вакуумных трубок, двигателей и сцеплений. Задача первой нейронной сети состояла в помощи виртуальной крысе решить головоломку.

1948 — роботы-черепахи Грея Уолтера

Уильям Грей Уолтер разработал первого электронного автономного робота, которого называют «machina speculatrix».

Его роботов-черепах звали Элмер и Элси. Они находили путь до зарядной станции, когда уровень заряда батареи был низким. Работа Уолтера проложила путь к робототехнике BEAM, которая не требует вычислительной мощности микропроцессора.

1950 — тест Тьюринга

Этот год ознаменовался одноименным тестом Алана Тьюринга. Он спрашивает: «Существуют ли цифровые компьютеры, которые можно представить в игре-имитации?»

Имитационная игра является основой для теста Тьюринга и зависит от способности человека рассуждать, является ли компьютер человеком или нет. Несмотря на то, что тест подвергается критике за его простоту, он стал влиять на то, как мы думаем об искусственном интеллекте.

1954 — разработка Джорджа Девола для патента Unimate

Норман Хероу, Джордж Девол и Джо Энглбергер разработали и выпустили на рынок первый программируемый манипулятор робота Unimate. Затем они продали его компании General Motors в 1960 году. Это позволило промышленным роботам выполнять повторяющиеся, сложные или опасные задачи.

1966 — разработка ELIZA — прообраза Siri

Сейчас голосовые помощники Alexa и Siri стали частью нашей жизни. Но в 60-х годах голосовые ассистенты были настоящим прорывом в науке.

В 1964-1966 годы профессор лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института Джозеф Вейценбаум создал одного из первых голосовых помощников под названием «ELIZA».

Программа вела беседу по «сценарию», в котором было указано, как нужно реагировать на те или иные вопросы.

1966 — разработка робота Шеки

Робот Шеки был разработан Стэнфордским исследовательским институтом в период с 1966 по 1972 год. Он был вехой в робототехнике благодаря сочетанию аппаратного и программного обеспечения, которое позволяло воспринимать окружающую среду. Шеки перевернул общественное сознание после широкого внимания СМИ.

1969 — предложена идея «backprop»

«Обратное распространение» («backpropagation» или сокр.«backprop») может показаться не таким уж большим, но на самом деле — это самый важный алгоритм в развитии искусственного интеллекта.

Простым языком, обратное распространение позволяет нейронной сети корректировать свои слои, когда достигнутый результат не является целью, к которой она стремится. Это означает, что система может учиться методом проб и ошибок, чтобы продолжать совершенствовать свои результаты аналогично тому, как маленький ребенок учится чему-либо.

Хотя идея, которая стала основой backprop, была впервые предложена в 1969 году, она редко использовалась в машинном обучении до середины 1980-х годов.

1969 — НАСА приземлилась на Луну

В 1969 году НАСА впервые использовало передовые вычислительные и робототехнические технологии для высадки людей на Луну.

1977 — Звездные войны во всех кинотеатрах

Джордж Лукас популяризировал роботов-гуманоидов с выпуском «Звездных войн: новая надежда» и созданием двух самых известных роботов на сегодняшний день — R2-D2 и C-3PO.

1986 — тест-драйв первой автономной машины

Автомобили с автономным вождением до сих пор не стали мейнстримом. Поэтому неудивительно, что за руль первой автономной машины сели только в 1986 году. В фургоне Mercedes-Benz были установлены зеркала и датчики, и он мог успешно ездить по пустым улицам. Проект выполнили исследователи из Немецкого университета Бундесвера.

С тех пор технология, используемая в автомобилях с автономным управлением, продолжает совершенствоваться.

1996 — Deep Blue побеждает Гарри Каспарова в шахматах

В мае 1997 года робот IBM Deep Blue обыграл чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова в матче. Он победил Каспарова в одной игре в 1996 году.

2000 — Honda выпускает ASIMO

Honda выпускает ASIMO (Advanced Step in Innovative Mobility), своего культового робота-гуманоида, созданного в качестве личного помощника. Он понимает голосовые команды, жесты и взаимодействует с окружающей средой.

2004 — IBM начинает разработку Watson

IBM начинает работу над Watson — следующей итерации над Deep Blue. Робот попал в заголовки новостей в 2008 году, когда победил людей на викторине «Jeopardy!», которая требует комплексного понимания естественного языка. Watson победил бывших чемпионов Кена Дженнингса и Брэда Раттера в 2020 году.

2020 — Робот продемонстрировал самосознание

В 2020 году робот продемонстрировал самосознание в логической головоломке «мудрецов».

В версии головоломки, все три робота были запрограммированы так, чтобы полагать, что двое из них получили «таблетку», которая делала их немыми. Когда экспериментатор спросил их, кто из них не принимал таблетку, один робот сказал вслух «я не знаю».

Однако, услышав саму речь, он быстро меняет свой ответ, так как понимает, что не получил таблетку. Поведение робота демонстрирует, что он распознает себя как отдельную сущность от двух других роботов, и, следовательно, указывает на определенный уровень самосознания.

Ранее это задание использовалось в качестве «теста на просеивание», чтобы отличить человека от робота, так как до этого момента роботы не могли его пройти.

2020 — AlphaGo побеждает Ли Седола в игре Го

15 марта 2020 года AlphaGo, система искусственного интеллекта, созданная британской компанией DeepMind, победила чемпиона мира Ли Седола в древней настольной игре Го.

Это стало важной вехой для исследования DeepMind по созданию искусственного интеллекта, который может «научиться» решать проблемы независимо от контекста, в отличие от Deep Blue, который запрограммирован для конкретного использования.

2020 — AlphaGo Zero изучает Го за три дня без посторонней помощи

Новая версия AlphaGo, AlphaGo Zero, научилась играть в Го самостоятельно всего за три дня после того, как ей сообщили правила.

Предыдущие версии научились играть в эту игру, обучившись тысячам возможных сценариев. Но данная версия играла вновь и вновь, начиная с размещения камней на доске случайным образом и быстро изучая выигрышные стратегии.

Этот факт захватывает, ведь указывает на то, что искусственный интеллект может сам создавать знания под небольшим человеческим руководством.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector