Робот

Робот-андроид ASIMO, производство Honda

Ро́бот (от словац. robota) — автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях или при относительной недоступности объекта.

Робот может управляться оператором либо работать по заранее составленной программе. Использование роботов позволяет облегчить или вовсе заменить человеческий труд на производстве, в строительстве, при работе с тяжёлыми грузами, вредными материалами, а также в других тяжёлых или небезопасных для человека условиях.

Человекоподобный робот (после его создания) станет первым универсальным инструментом, т.к. сможет пользоваться широчайшим набором любых технических средств, уже сделанных человеком для себя.

История возникновения слова

Слово «робот» было придумано чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использовано в пьесе Чапека «Р.У.Р.» («Россумские универсальные роботы», 1921). До появления промышленных роботов считалось, что роботы должны выглядеть подобно людям.

Надо сказать, что роботы Чапека были не механическими, а биологическими существами. Просто у них отсутствовали некоторые человеческие функции, в частности способность влюбляться, а значит и желание продолжать свой род. В произведении фантаста роботы преодолели этот недостаток и стали неотличимы от людей.

Предыстория

Искусственные существа

Идея искусственных созданий впервые упоминается в древнегреческом мифе о Кадме, который, убив дракона, разбросал его зубы по земле и запахал их, из зубов выросли солдаты, и в другом древнегреческом мифе о Пигмалионе, который вдохнул жизнь в созданную им статую — Галатею. Также в мифе про Гефеста рассказывается, как он создал себе различных слуг. Еврейская легенда рассказывает о Големе, который был оживлён пражским раввином Махарелем ((XVII в.)каббалистической магией.

Похожий миф излагается в скандинавском эпосе Младшая Эдда. Там рассказывается о глиняном гиганте Мисткалфе, созданный троллем Рунгнером для схватки с Тором, богом грома.

Технические устройства

Первый чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Записи Леонардо, найденные в 1950-х, содержали детальные чертежи механического рыцаря, способного сидеть, раздвигать руки, двигать головой и открывать забрало. Дизайн скорее всего основан на анатомических исследованиях, записанных в Витрувианском человеке. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота.

С начала XVIII века в прессе начали появляться сообщения о машинах с «признаками разума», однако в большинстве случаев выяснялось, что это мошенничество. Внутри механизмов прятались живые люди или дрессированные животные.

Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. Он также изготовил механических уток, которые, как говорили, умели клевать корм и «испражняться».

Хронология

Конец XIX века — Русский инженер Пафнутий Чебышёв придумал механизм — ступоход, обладающий высокой проходимостью.

1898 — Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно.

1921 — Чешский писатель Карел Чапек представил публике пьесу под названием «Россумские Универсальные Роботы», откуда и взяло начало слово «робот» (от словац. robota).

1930-е — Появились конструкции внешне напоминающих человека устройств, способных выполнять простейшие движения и воспроизводить фразы по команде человека. Первый такой «робот» был сконструирован американским инженером Д. Уэксли для Всемирной выставки в Нью-Йорке в 1927 году.

1950-е - Для работы с радиоактивными материалами стали разрабатывать механические манипуляторы, которые копировали движения рук человека, находящегося в безопасном месте.

1960 - Дистанционно управляемая тележка с манипулятором, телекамерой и микрофоном применялась для осмотра местности и сбора проб в зонах высокой радиоактивности.

1979 - В МГТУ им. Н. Э. Баумана по заказу КГБ был сделан аппарат для обезвреживания взрывоопасных предметов — сверхлёгкий мобильный робот МРК-01.

2000 - В Чечне был успешно применён робот-разведчик «Вася» для обнаружения и обезвреживания радиоактивных веществ.

2005 - ВМФ России в Балтийском море проведены испытания подводного робота-разведчика «Гном».

Устройство

На данный момент (июнь 2009 года) ситуация с техническими компонентами роботов аналогична моменту перед началом появления и дальнейшего массового распространения персональных компьютеров: по отдельности имеются все технические средства, необходимые для создания человекоподобных роботов.

Система распознавания образов

Системы уже способны определять простые трехмерные предметы, их ориентацию и композицию в пространстве, а также могут достраивать недостающие части, пользуясь информацией из своей базы данных (например, собирать конструктор Lego).

Аккумуляторы

Роботам требуются чрезвычайно мощные портативные аккумуляторы, характеристики которых превосходят имеющиеся на рынке образцы.

Движители

Для роботов была бы наиболее предпочтительна технология сверхпроводящих моторов, но т.к. она пока не разработана, применяются имеющие выгодные массо-габаритные показатели моторы на редкоземельных магнитах.

Однако существуют разработки движителей, не использующих в своей конструкции моторов вовсе: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля), которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.

Искусственный интеллект (AI)

Смотри Искусственный Интеллект

Внешний вид

В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики "лица" роботов. http://blogs.kg/uploads/images/5/2/f/a/77/3c2496ff21.jpg http://212.33.245.85/wp-content/uploads/2009/04/1102.jpg

В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота "KOBIAN", способного выражать свои эмоции - счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение - с помощью жестов и мимики. Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги.

Система передвижения

Файл:Lunokhod 1.jpg

Советский Луноход-1

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсную или гусеничную, реже — шагающую систему передвижения роботов. Это самые универсальные виды систем перемещения.

Робот на гусеничном ходу

Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе.

Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с пневматическими присосками.

Робот "Big Dog" (внешне похожий на кентавра и разработанный для помощи в переноске грузов), демонстрирует достаточно эффективную _походку_ на четырех ногах, включая удержание равновесия после бокового неожиданного воздействия (пинка).

Известный Asimo ходит на двух конечностях, подобно человеку.

Технология бесконтактной подзарядки

В настоящий момент в разных лабораториях проходят испытания различных систем, обеспечивающих бесконтактную подзарядку аккумуляторов в помещениях (например, направленным мощным инфракрасным лазером или индукционным принципом).

Математическая база

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий (имеющих математическую базу их создания для определенных задач), существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трехмерном мире: робот-собака Sony (использованный как механическое устройство) под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец - самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружаюими предметами (погремушками в детском манеже). Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.

Экзотические системы

Система построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучем широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересеченной местности, с учетом неожиданно возникающих препятствий).

Все вышеперечисленные технологии разрабатываются по отдельности в разных лабораториях мира, однако будучи объединенными, они позволят значительно продвинуться в создании роботов с человеческой формой тела и поведением. Уже становится реальным следующий шаг индустрии робототехники - стандартизация компонент: например, создание "набора логики" микросхем, каждая из которых имеет стандартизированный интерфейс и отвечает за один из вопросов, перечисленных выше. Такой набор можно будет применять как в дорогих роботах со сложным поведением (используя более дорогие и производительные специально разработанные компоненты), так и в более простых (например, игрушках - с применением дешевых, массово выпускаемых наборов логики, реализующих функции в упрощенном варианте, но с теми же интерфейсами между компонентами). Таким образом, сегодня роботы - это уже не фантастика, а - реальность, и индустрия с потенциальными доходами, сравнимыми с продажами персональных компьютеров во всем мире.

Промышленные роботы

Основная статья: Промышленный робот

Появление станков с числовым программным управлением (ЧПУ) привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Бытовые роботы

Основная статья: Бытовой робот

Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony.

В сентябре 2005 в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы «Вакамару» производства фирмы Mitsubishi. Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением.

Всё большую популярность набирают роботы-уборщики, по своей сути - автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

Роботы для обеспечения безопасности

• Р-БОТ 001

Боевые роботы

• По сообщению Fox News американская компания Robotic Technology разрабатывает в интересах Пентагона работающего на паровом двигателе робота, который может получать энергию, употребляя обнаруженные поблизости органические материалы. Это может быть трава, дерево, старая мебель и даже трупы, впрочем, в связи с тем, что надругательство над человеческими останками является военным преступлением согласно статье 15 Женевской конвенции от возможности преобразовывать трупы пришлось отказатся.
• Проект BigDog разрабатывался с надеждой на то, что робот сможет переносить снаряжение и помогать солдатам на территории, где не способен передвигаться обычный транспорт.

Роботы как хобби

Изобретатель Пит Редмонд (Pete Redmond) создал робота RuBot II, который может собрать кубик Рубика за 35 секунд.

Существует также направление моделизма, которое подразумевает создание роботов. Сейчас моделисты делают как радиоуправляемых роботов, так и автономных. Проводятся соревнование по нескольким основным направлениям.

Российские соревнования мобильных роботов:

• Молодежный научно-технический фестиваль "Мобильные роботы"
• Российская национальная лига ЕВРОБОТ

Среди соревнований автономных роботов стоит упомянуть следование по линии на скорость, борьбу сумо, футбол роботов.

Трагические факты

• В 1981 году Кэндзи Урада, рабочий завода Kawasaki стал первой официальной жертвой, погибшей от руки робота. С этого времени число жертв роботов растет, несмотря на внедрение усовершенствованных механизмов безопасности.

• 18 марта 2008 года 81-летний австралиец стал первым человеком, который покончил жизнь самоубийством при помощи робота, которого сам собрал согласно схемам, взятым из сети Интернет.

Производители роботов

• Honda
• Mitsubishi
• Sony
• WowWee

Известные коммерческие модели роботов

• Aibo
• ASIMO
• Pleo
• SCORBOT-ER 4u
• Wakamaru

Роботы в культуре

Художественная литература

Треножник атакует людей

С развитием технологии люди всё чаще видели в механических созданиях что-то больше, чем просто игрушки. Литература отразила страхи человечества, что люди могут быть заменены своими собственными творениями. Роман «Франкенштейн, или Современный Прометей» (1818) иногда называют первым научно-фантастическим произведением, олицетворяющим эту проблему. Позже Карел Чапек пишет знаменитую пьесу «R.U.R.», в которой представлена идея сборочной линии, на которой роботы собирают самих себя, произведение имело экономический и философский подтексты. В дальнейшем эти идеи развиваются в фильмах «Метрополис» (1927), «Бегущий по лезвию» (1982) и «Терминатор» (1984). Как роботы с искусственным интеллектом становятся реальностью и взаимодействуют с человеком, показано в фильмах «Искусственный разум» (2001) режиссёра Стивена Спилберга и «Я, робот» (2004) режиссёра Алекса Пройяса. В фантастических рассказах Айзека Азимова сформулированы «Три Закона Роботехники»:

1. Робот не может причинить вреда человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.
2. Робот должен выполнять приказы человека в той мере, в которой это не противоречит Первому Закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому и Второму Законам.

Азимов в своих произведениях убедительно показывает, что эти законы, будучи заложены в программу-мозг робота в виде обязательных (безусловно исполняемых роботом) законов исключают возможность проявления любых недружественных действий робота по отношению к человеку. Приводятся также примеры негативных последствий, возникающих в случае, когда люди пренебрегая требованиям обязательности трех законов блокируют на этапе программирования робота один из законов (например, вторую часть первого закона). В этом случае робот может найти логически непротиворечивое решение, позволяющее ему нарушить 1-й закон и стать опасным для человека.

Также Айзеком Азимовым (в романах "Роботы и Империя", "На пути к основанию") сформулирован так называемый "нулевой" закон робототехники: "Робот не может причинить вред человечеству или своим бездействием способствовать этому"

"...Нулевой. Робот не может причинить вред человечеству или, своим бездействием, способствовать этому. Тогда Первый Закон следует читать следующим образом: Первый. Робот не может причинить вред человеческому существу или, своим бездействием, способствовать этому, кроме тех случаев, когда это противоречит Нулевому Закону. Таким же образом следует трактовать и последние два..." - Айзек Азимов "На пути к основанию"

Роботы в анимации

Аниме

Разнообразное аниме где фигурируют боевые или другие роботы очень популярно в Японии и даже перешло в отдельный жанр Меха(это название пвоследствии стало обозначением всех человекоподобных боевых роботов)Аниме.В этом жанре "меха" были созданны многие культовые аниме, которые в мире стали символами японской анимации: Transformers, Gundam, Voltron, Neon Genesis Evangelion.Благодаря этому начиная с 80-90 тых годов роботы стали частью национальной культуры Японии а также частью стереотипов о ней.

Сюжет в основном базировался на угрозе планете со стороны ранее не известных и сильных монстров, победить которых могли лишь пилоты (часто несовершеннолетние для основной аудитории подобных аниме) которые управляли гигантскими человеко-подобными роботами либо роботами имеющими "душу" и контролирующими все свои поступки как например в культовом сериале Трансформеры.Но роботы также появлялись и в антиутопических и постапокалиптических сюжетах как в аниме Призрак в доспехах и Евангилион, который часто критикуется за поднятие слишком сложных вопросов и слишком сложную для понимая подростков концовку.Впоследствии черты этого жанра перешли в кино фантастику.

Роботы в кино

Робот из фильма "День, когда Земля остановилась" ставший прообразом многих роботов в кино-фантастике

Файл:T1000.jpg

Голова T800 из фильма "Терминатор"

Файл:Marvin snorre pointing.jpg

Робот в современной стилистике

Роботы "оказали" такой же вклад в киноиндустрию, как когдато в фантастическую литературу и анимацию, особенно на жанр кинофантастики.Так фильмы Терминатор и Робокоп стали одними из самых культовых фильмов в истории кинематографа вобще, а их главные герои известны практически каждому человеку.Образы роботов в фильмах частично впитали ту роль которая им отдавалась в художественной литературе.В основном роботы были специально созданными машинами для убийства - неубиваемым врагом с которым предстояло сразиться герою.

В середине 20 века популярным был образ Робота, основанный на персонаже "Робота-охранника" из фильма "День, когда земля остановилась", который представлял из себя гигантского робота, основным оружием которого был лазер, способный уничтожать целые города.Впоследствии этот штамп стал настолько популярным, что уже почти не использовался и высмеивался как один из самых заезженных штампов Фантастики наряду со злобными пришельцами и бластерами.

Также в кино был популярен сюжет о виде роботов "киборгах" которые представляли собой либо роботов с биологическими компонентами, либо людей с механическими.Обычно первое делалось для маскировки, а второе в целях замены потерянной конечности или органа.

За время развития образ роботов в Кино изменился, в отличие от медленных "жестянок"-истуканов из фильмов 30-60 годов, современный образ экранных роботов стал больще заимствовать стилистику современной техники, в том числе стиль Хай-тек. Так дизайн роботов из агрессивного стал на данный момент более детальным и "стильным".

Также культовыми стали следующие роботы-герои фильмов:

Киборги:

• Дарт Вейдер - человек в сложном механическом костюме из трилогии Звёздные войны
• Робокоп - робот-полицейский из культовой трилогии Робокоп
• Борги - агрессивная раса киборгов из сериала Звёздный путь

Роботы:

• C3PO и R2-D2 из Звёздных войн
• Робот-страж из фильма День когда земля остановилась
• Треножники (частично пилотируемые) - из книги и одноименного фильма Война миров
• 790 - робот из культового научно-фантастического сериала Лексс
• Кит из сериала Рыцарь дорог
• T-800 и Т-1000 из серии фильмов Терминатор
• Дэйта - андроид из сериала Звёздный путь.Новое поколение

См. также

• Андроид
• Киборг
• Робототехника
• DARPA Grand Challenge — Соревнования ПАТС^{[неизвестный термин]} (автоматических автомобилей)
• Зал славы роботов
• Боевой робот
• Бытовой робот
• Microsoft Robotics Studio - ПО Microsoft для написания ПО для роботов
• BigDog
• Искусственный интеллект

Ссылки

• Япония готовится принять на работу роботов
• Роботы, журнал «Лучшие компьютерные игры», №10 (83) октябрь 2008 г
• Робототехника

Видео

• Четырёхногий адаптивный робот фирмы Boston Dynamics (март 2008)