Краткая история робототехники
Автоматизация, робототехника, полностью автономные производственные линии, роботизированные транспортные средства, все более мощные компьютерные технологии. Постоянно совершенствуются станки, системы управления, системы распознавания, повышается производительность вычислительных блоков.
Созданные руками человека машины становятся все более сложными и проникают почти во все отрасли человеческой деятельности, от производства до медицины, от управления дорожным движением до индустрии развлечений.
Эта статья об истории робототехники, дисциплины, которая помогает человеку решать свои проблемы, облегчая работу и повышая производительность труда.
В наше время робототехника – одна из самых прогрессивных технологий, которая достигла небывалых высот в своем развитии благодаря интеллектуальной деятельности целых поколений изобретателей, конструкторов, инженеров и техников.
Производство 3-цилиндрового двигателя на заводе Opel
Подражания людям и животным
Развитие робототехники связано с историей человеческого общества, с развитием науки и техники. Начало робототехники, ее истоки лежат в глубокой древности.
Глядя в прошлое (и, в конечном счете, в настоящее), нельзя избежать впечатления, что люди настойчиво хотят создать искусственное существо, которое автоматически выполняло бы за него скучные, трудные, опасные или нежелательные действия.
Развитие механизации, автоматизации и робототехники шло постепенно. По мере развития технологий появлялись первые имитации человека или механическая форма животных. Примеры механических имитаций животных приводятся в литературе до начала нашей эры.
Гений эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (1495 г.) связан с созданием механического рыцаря. Известны также механические имитации человека (андроидов) швейцарскими мастерами Жаке-Дроз (18 век). Их автоматический писец (каллиграф) умел писать пером несколько предложений и очень хорошо имитировал человека.
Механический робот “Каллиграф” часового мастера Пьера Жаке-Дроза (1772 г.)
После эпохи механики электротехника, а затем и компьютерные технологии внесли свой вклад в развитие роботов. 1920 год стал важной вехой в робототехнике.
Роботы Чапека как существа с искусственным интеллектом
В 1920 году Карел Чапек написал пьесу «RUR» с подзаголовком «Универсальные роботы Россума». Премьера пьесы состоялась в начале 1921 года, и в ней впервые было использовано слово «робот», которое стало привычным для всех языков мира. Книга RUR переведена более чем на тридцать языков, в том числе на эсперанто.
В прошлом году исполнилось 100 лет слову “робот”, а в этом году 100 лет, как в первые была сыграна пьеса «RUR» Карела Чапека.
Обложка книги с научно-фантастической пьесой “RUR”, написанной Карелом Чапеком в 1920 году
Слово робот, вероятно, единственное чешское слово, которое используется во всем мире в неискаженной форме. Он приобрел такую популярность, что Карел Чапек позже счел уместным заявить, что настоящим «изобретателем» слова «робот» был его брат Йозеф.
Изначально Карел хотел использовать слово «труд» от английского «labour» для персонажей игры RUR. Итак, сегодня у нас есть слово робот, используемое в каждой научной фантастике, связанное с типично славянским словом робот.
Роботы Чапека – это не механическая замена человека, это искусственные существа, созданные из синтетического органического вещества и обладающие интеллектом, подобным человеческому. На самом деле они такие же, как современные современные андроиды, киборги и репликанты.
Проект WABOT-HOUSE (2002 г.)
Определение робота и робототехники
Как это принято в науке и технике, необходимо определить значение слова робот. Первоначально робот понимался как простой автомат, см., например, Британскую энциклопедию от 1947 года, в которой гироскопический стабилизатор курса самолета или корабля приводится в качестве примера робота.
В 1941 году писатель Исаак Азимов первым использовал слово робототехника и сформулировал три основных закона робототехники, которые представляют собой основные требования к разработке и использованию роботов.
Законы робототехники Айзека Азимова
Под роботом чаще всего понимается управляемая компьютером интегрированная система, способная автономно и целенаправленно взаимодействовать с реальной средой в соответствии с инструкциями человека.
Это определение дополняется другими условиями, которые определяют определение робота, например способность воспринимать и распознавать окружающую среду, общаться с людьми на искусственном или естественном языке и т. д.
Робототехника как научно-техническая дисциплина – это наука о роботах, их проектировании, производстве и применении. Робототехника тесно связана с электроникой, механикой и программным обеспечением.
Термины и определения: Роботы и робототехнические устройства
Кажется, что конечная цель робототехники действительно состоит в том, чтобы построить машину, которая почти заменит человека, включая его интеллект.
В 1997 году компьютер победил действующего чемпиона мира по шахматам. В том же году было учреждено международное соревнование RoboCup со следующей целью (мечтой) в преамбуле: «К середине 21 века одиннадцать полностью автономных гуманоидов победят действующего чемпиона мира по футболу согласно официальным правилам ФИФА». Цель кажется глупой, но, как и в случае с покорением Луны, путь к этой цели может иметь ряд «второстепенных», но значимых результатов.
RoboCup (2023 г.)
Робот-гуманоид ASIMO использовался в основном в рекламных целях и для продвижения робототехники
Гуманоидный робот (андроид) – это робот, имеющий форму человека. Поскольку многие роботы в научной фантастике выглядят как люди, человекоподобный робот может быть роботом по умолчанию для большинства людей.
С другой стороны, нельзя утверждать, что все роботы, которые должны выполнять некоторые задачи в реальном мире, должны быть обязательно роботами-гуманоидами, например, самолеты тоже не похожи на птиц. Требуемые функции для робота должны определять его оптимальный вид.
Промышленные роботы
Одним из таких результатов, без которого, в частности, уже невозможно представить производство автомобилей, являются промышленные роботы, определение которых уже дано, ISO 8373: 2023, в общем переводе: «промышленный робот (industrial robot): Автоматически управляемый, перепрограммируемый, реконфигурируемый манипулятор, программируемый по трем или более степеням подвижности, который может быть либо установлен стационарно, либо перемещаться для применения в целях промышленной автоматизации».
Первые промышленные роботы Unimate и Versatran были построены и введены в эксплуатацию в США в период с 1960 по 1962 год. Это были относительно тяжелые машины с небольшим количеством управляемых осей с гидравлическими и электрогидравлическими приводами. Их программирование и управление были основаны на аналоговой технологии.
Первый в истории настоящий промышленный робот Unimate
Первый промышленный робот, использующий для управления микропроцессор, появился в 1974 г. В Европе это был успешный робот Asea IRB 6.
Робот имел манипулятор в виде конструкции антропоморфной руки, пять управляемых осей с электрическими приводами и грузоподъемность 6 кг. Несмотря на относительно простую концепцию управления, его также можно было использовать для дуговой сварки и обработки поверхностей. Этот робот производился с 1975 по 1992 год, всего было выпущено почти 2000 штук.
Промышленные роботыASEA (cлева направо: IRB 6, IRB 2000, ABB IRB 3000, шкаф управления ABB S3)
Робот ASEA IRB 6 на шведской почтовой марке 1984 года
В последующие годы механика промышленных роботов была усовершенствована, а ассортимент продукции был расширен, особенно грузоподъемность – от роботов для работы с мелкими деталями до роботов с грузоподъемностью около 1000 кг.
Промышленные роботы также начали оснащаться компьютерным зрением и другими интеллектальными датчиками. Однако основное изменение произошло в способах управления и программирования, которые позволяют использовать методы 3D CAD и программировать взаимодействующих роботов.
Последней тенденцией являются коллаборативные промышленные роботы (коботы), которые обеспечивают контакт человека с роботом и соблюдают первый закон робототехники «робот не должен причинять вред человеку». Изменение произошло и в способах управления и программирования, которые позволяют использовать методы 3D CAD и программировать взаимодействующих роботов.
Согласно статистике Международной федерации робототехники, только в 2023 году только в Европе было введено в эксплуатацию 76 000 новых промышленных роботов.
Современный коллаборативный робот Cobot UR5. Благодаря своим датчикам коллаборативные роботы (коботы) могут напрямую и безопасно взаимодействовать с людьми.
Подробнее о современных промышленных роботах:
Классификация промышленных роботов
Обеспечение безопасности применения промышленных роботов
Промышленные роботы и выгоды их внедрения на производстве, актуальность робототехники
Роботы и искусственный интеллект
Но вернемся к нашей цели – замене человека машиной. В 1960-х годах первые лаборатории искусственного интеллекта были созданы в университетах США, а в 1968 году в Стэнфордском исследовательском институте был создан первый интеллектуальный мобильный колесный робот Shakey, оснащенный компьютерным зрением, который был способен узнавать свое окружение и целенаправленно перемещаться в нем.
Робот Shakey (1968 г.)
В 1973 году первый современный гуманоид Wabot-1 был запущен в Японии в университете Васэда. На выставке Expo 85 Вабот играл на электронном органе, а 22 августа 2003 года японский робот-гуманоид Асимо (ASIMO) возложил цветы в Праге к бюсту Карела Чапека.
Робот Асимо был создан в 2000 году в Центре фундаментальных технических исследований Вако в Японии корпорацией Honda и долгое время он был самым известным роботом-гуманоидом в мире.
Робот WABOT-1 (1973 г.)
Робот WABOT-2 (1984 г. )
Робот Асимо принес хризантемы к бюсту создателя слова «робот», чешского писателя Карела Чапека (2003 г.)
В наше время существует большое количество сервисных роботов, такие как роботы-пылесосы, газонокосилки, роботизированные доильные машины и многие другие устройства, основанные на достижениях робототехники.
От робототехники произошла междисциплинарная инженерная область – мехатроника, так как многие инновационные решения были сначала придуманы и внедрены при создании роботов, а затем уже они начали использоваться в других машинах и механизмах.
Слово «мехатроника» впервые использовал Текуро Мори, инженер японской компании Yaskawa, в 1969 году. Мехатроника – это стремление к полной интеграции механики, электрических машин, электроники, микропроцессоров и программного обеспечения.
Подробнее о мехатронике смотрите здесь: Что такое мехатроника, мехатронные элементы, модули, машины и системы