25.12.2010, 10:50
Автор: Владимир Николаевич Бусленко
Издатель: Серия "Эврика"
Размер: 400k.
Рассказ: Фантастика
Страница 1 : Стр. 2 : Стр. 3 : Стр. 4 : Стр. 5 : Стр. 6 : Стр. 7 : Стр. 8 : Стр. 9 :
СОДЕРЖАНИЕ
БУДЕМ ЗНАКОМЫ
Кто ты, робот?
Почему все-таки роботы?
Какие бывают роботы?
РОБОТ АНДРОИДОВИЧ АВТОМАТОВ
Детство.
Отрочество.
Юность.
РОБОТЫ ПЕРВОГО ПОКОЛЕНИЯ - ОБУЧАЕМЫЕ МАНИПУЛЯТОРЫ
Жизнь - это движение.
Ода пешему ходу.
Легко ли поднять бумажный стаканчик?
Работа закипела!
Чего не могут промышленные роботы?
ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ - ОЧУВСТВЛЕННЫЕ РОБОТЫ
Смена поколений.
Шестое чувство.
Как мы видим то, что мы видим.
Семь раз отмерь.
Обратная связь - посох слепого.
ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ - РОБОТЫ-ИНТЕЛЛЕКТУАЛЫ
Я мыслю - следовательно, я существую.
Как роботы набирались ума.
Кибернетический диалог.
За советом к роботу.
РОБОТЫ ВОКРУГ НАС
Там, где трудно, вредно, опасно.
Роботы у нас дома.
Робот: читаю и могу изъясняться.
Миди, мини, микро.
Умные вещи.
Роботы внутри нас.
ЗАВОДЫ-РОБОТЫ
Что такое современное предприятие?
Бригадный подряд роботизации.
Сегодняшние "заводы будущего".
Самовоспроизводство?!
2001. ПЕРСПЕКТИВЫ
Роботы будущее.
Преображенный труд.
Роботы в быту.
Роботы и мы.
Заключение.
БУДЕМ ЗНАКОМЫ
КТО ТЫ, РОБОТ?
Ответить на этот вопрос не так-то просто. Заглянув в недра современного роботизированного предприятия, мы не обнаружим там столь привычных по фантастическим романам "железных киберов", бесстрастно склонившихся над станками. В то же время современное промышленное производство настолько насыщено разнообразными автоматами, что порой возникает ощущение, что весь завод - это один гигантский робот.
Что же такое современный промышленный робот?
Чем отличается он от манипулирующего раскаленными заготовками блюминга или ловко закупоривающего бутылки автомата?
Главное достоинство промышленного робота перед другими автоматическими устройствами - его "гибкость", то есть простота переналадки для выполнения самых разнообразных операций. Что еще способна делать машина, предназначенная для закупоривания бутылок? Да ничего. Рожденный закупоривать летать не может! Тысячи специализированных автоматов должны быть выброшены или с большими затратами переоборудованы, когда меняется характер производственного процесса, но только не робот, в котором достаточно заменить программу и сменить оконечные устройства. Итак, если на этой неделе роботы производят окраску кузова автомобиля, на следующей они работают сварщиками, если утром упаковывают продукцию, вечером грузят ее на платформы, и делают они это лучше, чем люди. Их "руки" тверды и устойчивы, движения неутомимы и аккуратны. Вот только выглядят они не столь привлекательно, как полюбившиеся нам "киберы": длинные "шеи", высовывающиеся из массивных "туловищ", захваты, напоминающие клювы, моторы, клапаны, проволока, шланги. Они шипят, свистят и извиваются у нас на глазах; ни дать ни взять - вымершие чудовищные птицы, вдруг воскресшие в металле.
Современный промышленный робот - это удивительное средоточие, казалось бы, несоединимого. В англоязычных странах для характеристики робота используют непереводимый термин "kluge", означающий систему, состоящую из разнородных компонентов, конструкторы которых никогда не собирались использовать их совместно. Действительно, какой случай мог бы слить воедино в качественно новое образование насосную станцию современную ЭВМ, многочленную механическую руку и телевизионную камеру? Развиваясь независимо, все эти составляющие робота достигли определенного совершенства, когда отнюдь не случай, а дерзкая мысль инженеров свела их вместе, чтобы еще лучше служить человеку. Однако для этого потребовалось преодолеть узкие междисциплинарные рамки, терминологические баррикады, психологические барьеры и массу других, обычных в новом деле преград. Отголоски этих баталий заметны и сегодня, особенно когда различные классы специалистов претендуют на роль "крестных отцов" робототехники. Невольно вспоминается старинная индийская притча о трех слепцах, ощупывающих слона и выносящих свои суждения.
Расскажем современную притчу о трех инженерах, впервые увидевших промышленного робота.
- Какой совершенный механизм! - воскликнул специалист по строительным машинам. - Вы обратили внимание на число степеней свободы и высокую точность манипулятора? Ошибка составляет не более долей миллиметра, и это при весе транспортируемой детали в несколько десятков килограммов! Особенно удивительна способность этого автомата перестраиваться с одной операции на другую, ведь он работает без помощи человека!
- Да разве только в этом дело! - перебил его специалист по ЭВМ. - Перед нами современный компьютер. Здесь мы имеем блестящий пример расширения функциональных возможностей ЭВМ за счет новых устройств ввода и вывода информации: тактильных датчиков, телекамеры, микрофона и на выходе гибкого манипулятора. Самое замечательное, что благодаря этим устройствам компьютер получил уникальную возможность проявлять физическую активность в окружающей среде. А то, что вас поразило больше всего - способность к переналадке, - так это же естественное свойство компьютера программируемость. МиниЭВМ робота просто перешла к выполнению новой программы!
- Я не вижу здесь предмета для спора, - вмешался в разговор специалист-кибернетик. - Главное здесь не механическая конечность или электронный мозг. Главное состоит в том, что чем эффективнее человечество развивает техносферу, тем больше наших достижений мы обнаруживаем у живой природы, в биосфере. Помните, как сказал Герберт Уэллс: "Перед каждым паровозом бежит тень лошади". И мы имеем наглядное подтверждение этого тезиса. Перед нами искусственный аналог живого мыслящего существа, так сказать, антропоморфная модель человека. Вот искусственные руки наподобие рук рабочего, вот органы чувств: зрение, слух, осязание - и вот, наконец, прообраз головного мозга - ЭВМ, которая и сообщает этому искусственному существу способность к рефлекторно-целесообразной деятельности! Присмотритесь, ведь движения робота просто воспроизводят поведение рабочего.
Так рассуждали специалисты, про которых еще Козьма Прутков заявил: "Узкий специалист подобен флюсу: полнота его односторонняя". Попытаемся разрешить их спор и ответить на вопрос: "Что же такое робот?" Возьмем аналогию робота с человеком. Какие качества в данном случае нас интересуют? Во-первых, функциональные возможности человека, а именно: приспособляемость, универсальность, способность к выполнению сложных движений. Во-вторых, физические данные, которые включают силу, скорость, надежность, стабильность основных характеристик. И наконец, в-третьих, умственные способности, которые охватывают восприятие, обучение, наличие памяти, логики и т. д. Если изобразить эти категории качества графически, то получится трехмерное пространство X, Y, Z, где каждая из категорий имеет свою ось.
Рис. ROBOT.GIF
Возьмем какую-нибудь строительную машину, например экскаватор. Он обладает функциональными способностями: известной универсальностью, возможностью манипулировать ковшом и перемещаться. Кроме того, он обладает физическими данными, которые обеспечиваются его двигателями. Если отложить категории, присущие экскаватору по осям X и Y, получим условное двухмерное "пространство экскаватора". Очевидно, что экскаватор начисто лишен интеллекта, его заменяет интеллект водителя, поэтому по оси Z мы ничего откладывать не будем. Рассмотрим теперь с тех же позиций, например, компьютер. Он обладает определенным интеллектом и некоторыми функциональными способностями, в частности универсальностью и приспособляемостью.
Двухмерное пространство компьютера можно изобразить по осям Z и X.
Компьютер, по крайней мере в традиционном смысле, не обладает вовсе физическими данными, поэтому на оси X мы также ничего не отложили. Итак, все эти машины на нашем рисунке оказались двухмерными, так как расположены по своим качественным возможностям в плоскости лишь двух осей.
Теперь изобразим "пространство робота" и "пространство человека". И робот и человек обладают всеми перечисленными качественными категориями в совокупности, а именно: функциональными возможностями, физическими данными и умственными способностями.
Поэтому на нашей схеме их пространства будут трехмерными.
Именно в этом совпадении качественных пространств и состоит антропоморфность робота, то есть сходство его с человеком. Наиболее распространенное техническое определение промышленного робота следующее: "обучаемый, программно-управляемый манипулятор".
Некоторые организации, производящие роботов, стремясь отделить понятие "промышленный робот" от понятия "робот", используемого в научной фантастике, называют эти автоматы "транспортирующими устройствами", или "автоманипуляторами".
ПОЧЕМУ ВСЕ-ТАКИ РОБОТЫ?
Ответ на этот вопрос является своеобразным ключом к замку, открывающему дверь в новую эру автоматизации производства. Робототехника и роботостроение, роботизация и роботроника и, наконец, роботология - вот эхо того гигантского взрыва, или бума роботов, который охватил современный мир. Причины этого бума порождены общим развитием экономики и научно-техническим прогрессом и глубоко коренятся в самой социальной структуре общества. Чтобы ответить на вопрос, стоящий в заголовке, проведем небольшое исследование.
Социологи утверждают, что успехи современной медицины и повышение общего уровня жизни приводят к изменению динамики возрастной структуры населения.
Это значит, что с каждым годом увеличивается доля пожилых людей и соответственным образом уменьшается доля молодежи. Изменился и образовательный уровень лиц, вступающих в производство, резко сократилось число выпускников средних школ, а число выпускников вузов, поступающих на работу в промышленность, обнаруживает тенденцию к постоянному увеличению. Кроме того, происходит общая смена сферы трудовой деятельности: возрастает доля управляющего и обслуживающего персонала за счет непосредственно участвующего в материальном производстве. Все эти тенденции связаны с развитием цивилизации. Избежать их невозможно, но они все острее ставят перед промышленностью проблему нехватки рабочей силы.
Нехватка рабочей силы - это общая тенденция, затронувшая все промышленные страны, однако в капиталистическом мире она зачастую ликвидируется за счет рабочих-иммигрантов: в США - за счет выходцев из ФРГ, Италии, стран Латинской Америки, в Англии - за счет африканцев, индийцев, а также итальянцев и испанцев; в ФРГ и Франции - за счет выходцев из стран Среднего и Ближнего Востока.
Однако решение проблемы нехватки рабочей силы при помощи такого рода изменений социальной структуры общества само по себе содержит противоречия, например, такие, как возникновения расовых проблем.
Очевидно, что для нашей страны подобный путь зависимости от рабочих-иммигрантов противоречил бы самой структуре социалистического общества.
Итак, социологи определили проблему: нехватка рабочей силы. Продолжим наше исследование. Зададим себе следующий вопрос: где проявляется в первую очередь нехватка рабочей силы? Не прибегая к социологическому анализу, а коснувшись своего собственного личного опыта, каждый может ответить на этот вопрос так: там, где работать вредно, неприятно и неинтересно.
Действительно, держаться подальше от таких мест, где мы попадаем в труднопереносимую обстановку, вполне естественно для человека. Поэтому все труднее и труднее находить квалифицированных рабочих для специфических производств. Люди избегают работать в неблагоприятных условиях: в цехах с повышенной температурой, загазованностью, неприятными запахами, грязных и шумных, связанных с работой с отравляющими и взрывчатыми веществами, на большой высоте или глубине.
Все больше текучесть кадров на работах, состоящих из простых, однообразных операций, угнетающих своей монотонностью. Одним из неприятных последствий промышленной революции оказалось то, что ремесленное искусство на производстве уступило место разделению труда. Это, несомненно, дало мощный толчок развитию промышленности, однако на конвейере рабочий, каждые несколько секунд повторяющий одну и ту же несложную операцию, чувствует себя винтиком механизма. Это лишило людей возможности гордиться своей работой, отняло у них творчество, и многие заводские профессии не дают людям полного удовлетворения.
Американский публицист Стаде Теркел в своем монументальном труде "Работа. Люди рассказывают о своей каждодневной работе и о том, как они к этой работе относятся" пишет: "Многие испытывают с трудом скрываемое разочарование..." "Я - машина", - говорит рабочий, обслуживающий машину для точечной сварки.
"Я - зверь в клетке", - высказывается кассир банка.
"Я - мул", - говорит рабочий-металлург. "То, чем я занимаюсь, может делать и обезьяна", - произносит секретарша. "Я превратился в сельскохозяйственное орудие", - говорит сезонный рабочий. "Я - вещь", считает манекенщица. "Синие воротнички" и "белые воротнички" выражают свое мнение одной фразой: "Я - робот". Все это и порождает естественный ответ: для многих производственных работ единственный выход - это комплексная автоматизация, ну а роботы нужны как ее носители. Образно говоря, человек создал робота, чтобы самому не превратиться в робота. Но почему именно роботы? Ведь существовали и существуют другие средства автоматизации: автоматические линии, станки-автоматы. Чтобы ответить на этот вопрос, углубимся в историю.
Начало промышленной революции было положено изобретением Дж. Уаттом паровой машины. Для поддержания постоянного числа оборотов ее вала в начале XIX века был создан регулятор, управляющий подачей пара в соответствии с числом оборотов машины, так называемый регулятор Уатта. Автоматическое регулирование числа оборотов паровой машины и явилось началом эры автоматического управления.
С тех пор автоматическое управление получило широкое развитие, а применение его в сфере производства положило начало эпохи автоматизации и сделало возможным создание таких отраслей промышленности, в которых не требуется вмешательство человека.
Однако оказалось, что легче всего поддаются автоматизации непрерывные производства, связанные с переработкой жидкостей и газов, которые легко транспортируются и автоматизация производства которых касается скорости течения или температуры, давления или пропорций в смеси сырья. В случае же, где требуется перемещение твердых тел в виде отдельных деталей или узлов в процессе их обработки или сборки, последовательная автоматизация всего цикла, начиная от подачи заготовки и кончая выходом готового изделия, сильно отстает. Выполнение такого рода транспортных операций, естественно, не требует почти никакой квалификации, но автоматизация их в силу специфики крайне сложна. Но с производственной точки зрения выполнение подобных работ необходимо, и, хотя найти рабочего на это место трудно, обойтись без него невозможно.
Промышленные роботы - это устройства, обеспечивающие автоматизацию таких технологических операций, которые невозможно автоматизировать традиционными методами. Поэтому их и следует считать необходимым компонентом комплексной автоматизации производства.
Что же дает производству внедрение промышленных роботов? Давайте проследим рассуждения отдельных специалистов.
- На нашем заводе применение роботов существенно повысило производительность труда, - говорит один, - во-первых, за счет устранения монотонности и неудовлетворенности работой, во-вторых, за счет повышения единообразия продукта, ведь не секрет, что при ручной загрузке станков или при сборке изделий выпуск продукции за определенное время - величина переменная, она зависит от усталости рабочего, от его самочувствия, наконец, от квалификации.
- Я полностью присоединяюсь к предыдущим словам, - заявляет другой, хочу только добавить, что применение роботов не только позволяет синхронизировать работу станков и таким образом стабилизирует производство, но и резко снижает размеры брака, особенно при работе с хрупкими компонентами, такими, как, например, колбы ламп или кинескопы. Интересно, что роботы весьма бережливы: там, где при ручном труде расходовались бы граммы дефицитнейших материалов, они обходятся миллиграммами. Золото, как известно, пришлось по вкусу электронике. Без него пока не обойтись. Однако с помощью робота транзисторные головки покрываются желтым металлом с большей скоростью и только в нужных местах. При этом экономится три четверти золота.
Хочется также отметить значительное улучшение условий труда. Не буду скрывать, что у нас на заводе еще есть цеха, не вполне соответствующие нормам по охране труда, и дело не только во вредных производствах. Особенно опасны работы, требующие большого нервного напряжения, так как они приводят к производственным конфликтам, повышают уровень травматизма.
Здесь, мне кажется, наиболее подходящее место для роботов.
Интересно, что роботы создают возможность эффективного использования даже устаревшего оборудования за счет уменьшения простоев, повышения стабильности, увеличения скорости.
Частным случаем экономически выгодного применения роботов является их использование при обслуживании оборудования, продолжительность эксплуатации которого вышла за пределы юридических норм по охране труда.
- Или такой факт, - отмечает третий, - мы выяснили, что стоимость внедрения автоматических линий обычно оказывается выше стоимости внедрения роботов, так как роботы подвергаются отладке при их изготовлении, а вот отладку и регулировку линий приходится производить каждый раз непосредственно при их внедрении. Средства, затраченные на проектирование универсальных роботов, не требуется расходовать вторично при переходе от одной работы к другой.
Необходимо отметить чрезвычайно важный при внедрении фактор времени. При внедрении роботов требуется, как правило, лишь кратковременная ручная настройка робота на заданную программу, тогда как с момента принятия решения об автоматизации производства до его реализации без применения роботов проходит значительный срок. Оборудование и сама технология могут за это время устареть. Наши специалисты изучали вопрос об автоматизации одного из производств. Был объявлен конкурс на лучший проект автоматизации.
На конкурс было представлено 74 проекта. Мы учитывали в первую очередь время проектирования и внедрения.
Так вот, 47 проектов требовали для своего внедрения времени больше года, 19 проектов - что-то от полугода до года, и лишь 8 проектов укладывались в полугодовой срок. Естественно, что мы выбрали один из этих восьми.
Он предусматривал создание специального станка-автомата. Работа, как говорится, закипела, Пока этот станок проектировали, изготовляли и отлаживали, производственники решили: а не попробовать ли использовать пока старые станки и приобретенные промышленные роботы?
Представьте, каково было наше удивление, когда оказалось, что к моменту готовности нового станка эти роботы, работая семь дней в неделю по три смены, полностью окупили затраты на их покупку и уход.
И все же пусть не покажется эта картина слишком идеалистической. Внедрение роботов требует еще немалых средств. Это все еще высокие капитальные затраты на приобретение роботов, затем издержки на переобучение персонала, хорошо еще, если не потребуется специальное проектирование уникальных захватов роботов, ведь одно дело - манипуляция стальными болванками и совсем другое - транспортировка стеклянных листов. Прибавьте к этому специальные средства связи, необходимые для сопряжения робота со станками, издержки на оборудование и персонал для технического обслуживания робота и т. д. Потребуется немалая сумма.
- Разумеется, - утверждает экономист, - вы будете правы, если купите один робот и используете его в каких-то уникальных условиях. Внедрение роботов тоже требует своеобразной тактики. Экономически выгодно применять сразу несколько роботов на одной массовой операции, например при сварке кузовов автомобилей, тогда и оконечные устройства проектируются один раз для целой группы роботов, и обучение персонала, помноженное на число роботов, оказывается не столь дорогим. Один оператор может обслуживать группу роботов. В общем, нужно групповое использование.
- Вот вы сказали про массовое производство, - возражает первый специалист, - а нам кажется, что эксплуатация роботов наиболее подходит для небольших предприятий с многономенклатурным, мелкосерийным производством. Только тогда с наибольшим эффектом используется "гибкость" робота, то есть простота переналадки циклограммы движения: изменение траектории, скорости, ускорения, нагрузки и, наконец, смены рабочего инструмента.
Самое существенное в применении промышленных роботов - это перспектива комплексной автоматизации производства, возможность создания интегрированных производственных систем, так сказать, заводов-роботов, где целые роботизированные участки, цеха и производства будут функционировать автоматически, без участия человека. При этом они будут обладать основными достоинствами роботов - гибкостью, простотой переналадки.
Из этих реплик специалистов вытекает основной вывод: применение роботов в современных условиях оказывается весьма выгодным.
КАКИЕ БЫВАЮТ РОБОТЫ?
"Существует традиционный принцип, который можно выразить так: наука начинается с измерения и вычисления. Эта традиция идет от физики. В действительности же наука начинается с классификации", - говорит Д. Поспелов, специалист в области роботов и искусственного интеллекта.
Если считать эту книгу введением в науку роботологию, то нам не миновать этапа классификации роботов.
Скажем сразу, что единой научно обоснованной классификации роботов пока нет. Классифицировать их можно по самым различным признакам. Каждая группа специалистов выдвигает свои принципы классификации.
Представители организаций, разрабатывающих и внедряющих силовые установки и механические манипуляторы роботов, предлагают классифицировать их по кинематическим, геометрическим и энергетическим характеристикам. По кинематическим параметрам роботов делят в зависимости от скоростей перемещения. По геометрическим - в зависимости от размеров их функциональных органов, прежде всего манипуляторов, и, таким образом, диапазонов их перемещений. По энергетическим - на группы по грузоподъемности: до 5 килограммов (груз, перемещаемый человеком одной рукой) о г 5 до 40 килограммов (перемещаемый двумя руками) и более 40 килограммов (для перемещения необходимы усилия нескольких человек).
Разработчики систем управления роботами предлагают свою классификацию, учитывающую степень участит человека в процессе управления. Тут роботы подразделяются1 на два большие класса: биотехнические и автономные.
К первому - биотехническим роботам - относятся те, которые управляются человеком, так сказать, по копирующему принципу. Это так называемые экзоскелетоны, то есть механические силовые каркасы, надеваемые непосредственно на человека. Сюда же относятся и роботы без человека, управляемые оператором с пульта управления, и полуавтоматические роботы, когда человек с пульта оперативно меняет только программы движений. Эти устройства лишь условно относятся к классу истинных роботов, так как их интеллект полностью или частично заменен интеллектом оператора.
Второй класс - истинные роботы. Это автономные, то есть работающие без участия человека, автоматические устройства с искусственным электронным мозгом. Здесь шкала классификации обусловлена степенью интеллектуальности робота, то есть мощностью компьютера и гибкостью программного обеспечения, составляющего основу управляющего устройства.
Специалистам, занимающимся внедрением роботов, представляется естественным делить их по сферам применения или "обитания". Так же, как представители животного мира обитают на земле и под землей, в воздухе и океане, так и роботы служат человеку на земле и в космосе, в океане и под землей, в пустынях Азии, в Арктике и Антарктиде.
Наиболее многочисленна "популяция" производственных роботов: промышленные и сельскохозяйственные, транспортные и строительные, медицинские и бытовые.
Можно даже изобразить своеобразное генеалогическое древо роботов. Возрастая на почве кибернетики, оно держится на трех мощных корнях: компьютерах, телеметрических датчиках и механических манипуляторах. Три мощные ветви образуют это древо: исследовательские роботы, производственные роботы и роботы бытовые.
Можно было бы и дальше плодить нескончаемые предложения о принципах классификации роботов. Мы не станем этого делать, нам важно было лишь показать, как велика "популяция" роботов, как сильно затронула роботология основные сферы научной и производственной деятельности человека.
"Эволюция роботов, которая началась в той точке, в которой эволюция живых существ достигла, так сказать, своего предела, а именно, с появлением человека, обещает, по крайней мере сейчас, даже превзойти человека в определенных областях. В противоположность эволюции живых существ, которая является, по существу, процессом проб и ошибок, эволюция роботов представляется в настоящее время заранее тщательно продуманным процессом". Так писалось еще в 1970 году по поводу разработки интеллектуальных роботов.
Специалисты по проблемам роботологии твердо "держат руку на пульсе" эволюции своих детищ. Потому в противоположность узкоспециальным классификациям они выдвигают свою уже ставшую привычной в других сферах классификацию поколений.
К первому поколению промышленных роботов относят простые манипуляторы с минимальным интеллектом, способные обучаться и выполнять заранее заданную циклограмму движений.
Второе поколение так называемых очувствленных роботов характеризуется наличием всевозможных датчиков - органов чувств, это датчики положения руки робота, датчики усилия - как бы осязание робота, оптические датчики своеобразное зрение, микрофоны - его слух и так далее...
Третье поколение роботов - это роботы "интеллектуальные", которые призваны не только и не столько воспроизводить механические движения, подобные человеческим, сколько решать сложные интеллектуальные задачи: распознавание формы, положения деталей, сборка узлов из произвольно расположенных компонентов, чтение чертежей и контроль качества изделий.
Эта классификация, отражающая развитие роботов и расширение сфер их применения, настолько проста и органична, что мы примем ее как основу этой книги.
Итак, поколения роботов, О них и пойдет речь в следующих главах.
РОБОТ
АНДРОИДОВИЧ
АВТОМАТОВ
ДЕТСТВО
Поколения современных промышленных роботов принято отсчитывать от первого, хотя в принципе числовая шкала в положительную область начинается с ноля.
"Неужели существует нолевое поколение роботов?" - спросит читатель. Как это понимать?
Да, существует. Каждая идея и любое ее техническое воплощение имеют свою нолевую фазу, так сказать, утробное развитие проблемы. Абсолютный ноль робототехники глубоко погружен в историческое прошлое человечества. Промышленный робот как механический соратник человека ведет свою родословную от первых приспособлений, помогавших людям обустраивать свою жизнь. 7 - 8 тысяч лет до нашей эры, в эпоху неолита, человек применял первые инструменты для сверления отверстий в камне. 3 - 4 тысячи лет до нашей эры появился гончарный круг - дальний родственник всех современных токарных и карусельных станков. Во II веке до нашей эры появились водяные часы: вода, вытекавшая из сосуда, поднимала поплавок, указывающий время на вертикальной шкале Их автор - живший в Александрии механик Ктезибий.
В античном мире прароботы существовали в виде оживших статуй и всевозможных "чудесных" машин.
Стоило бросить несколько монет в открытый зев каменного грифона, как "священная" вода сама собою изливалась из его глаз. Двери храма открывались, как сказал бы современный инженер, "автоматически", когда жрец возжигал огонь на алтаре перед храмом. Движущиеся статуи Герона Александрийского Старшего и других механиков эпохи эллинизма зачастую являлись объектами мистического поклонения.
Вероятно, одно из первых автоматических устройств, копирующих, или, как сейчас говорят, моделирующих, конструкцию живого "механизма", было создано другом древнегреческого философа Платона, жившего около 400 г. до н. э., который вошел в историю под именем Архитаса из Тарента. Он, как повествует легенда, изготовил деревянного голубя, который, по свидетельству пораженных современников, летал как настоящий.
Совершенно естественно, что рассказы о предках современных промышленных роботов сильно замешены на мифах и легендах. Таково уж свойство памяти человеческой - она не столько бесстрастно фиксирует факты, сколько мечтает, предвосхищая сегодняшнюю реальность, отображая прошлое в будущем.
Первое "достоверное" упоминание об использовании промышленного робота встречается еще у Гомера в его знаменитой "Илиаде". Он описывает изготовленную из золота женщину, которая помогает богу-кузнецу Гефесту. Заметим, что ее потомки активно орудуют в современном кузнечно-прессовом производстве.
Овладев энергией "падающей воды" и "дующего ветра", человек ощутил прелесть механических помощников, наделенных собственной силой. В изобилии стали появляться разнообразные станки и приспособления.
В XIX веке был создан неизменный помощник человека, спутник промышленного производства - токарный станок.
Другие изобретатели концентрировали свои силы на создании так называемых андроидов - автоматических устройств, копирующих внешний вид и движения человека.
Отзвуки этих устремлений докатились до нас в виде сведений, достоверность которых вызывает естественное сомнение. Так, имеются упоминания, что еще в XIII веке у архиепископа города Регенсбурга Альбертуса Магнуса был механический "страж", который стоял у дверей его покоев в монастыре. Андроид был сделан из воска, дерева, металла и кожи. Предание говорит, что он приветствовал посетителей, расспрашивал их о делах, шутил с ними, пока епископ не приглашал их войти. Согласно этой легенде один из учеников епископа, молодой философ Томас Аквинский, стал так досаждать андроиду своими философскими вопросами, что тот однажды, найдя дубинку, изрядно поколотил его.
XVI век подарил миру часы с пружинным приводом, изобретенным в Германии часовщиком П. Хейнлейном.
В них впервые использовались принципы и отдельные механизмы, получившие впоследствии широкое распространение в разнообразнейших автоматах.
Одним из мастеров, создававших такие миниатюрные автоматы, был Хуанело Тариано, инженер, служивший у императора Карла V, властителя Испании и Нидерландов. Когда Карл V в 1556 году передал бразды правления своему сыну, а сам удалился в монастырь, Тариано и там развлекал его игрушечными солдатиками, которые фехтовали, и пастушкой, игравшей на лютне. Легенда гласит, что он создал также "полноразмерного" андроида, который каждый день появлялся на улицах Толедо, закупая провизию для своего хозяина. И хотя это почти наверняка миф, улица в Толедо, где жил Тариано, до сих пор носит название "улица деревянного человека".
В 1675 году изобретатель X. Гюйгенс из Голландии построил первые маятниковые часы.
Увидев успехи механиков, на поле автоматизации вышли мыслители, чтобы собрать богатый урожай. Было совершенно необходимо осмыслить, упорядочить и превратить в стройную теорию накопленное изобилие прагматических фактов.
Знаменитый французский философ Рене Декарт одно время увлекался андроидами и даже создал механическую женщину, названную Франсиной. Во всяком случае, еще в 1637 году он писал, что наступит время, когда человечество создаст "бездушные механизмы", которые будут вести себя подобно людям. Он же одним из первых высказал конструктивную мысль о подобии животных машинам: "...ничуть не покажется странным тем, кто знает, сколько различных автоматов или самодвижущихся машин может произвести человеческое искусство, пользуясь при этом немногими частями, в сравнении со множеством костей, мускулов, нервов, артерий, вен и всех других частей, находящихся в теле каждого животного". Тогда же ученые пытались приложить известные законы механики к объяснению явлений, происходящих в живом организме.
В XVII-XVIII веках заметны три основных направления интенсивных поисков. Первое связывают с именами гениальных математиков Л. Эйлера и Д. Бернулли, которые применили законы механики к объяснению некоторых физиологических явлений. Второе - с именем французского врача и философа Ж. де Ламетри, который издал в 1747 году в Лейдене знаменитый трактат "Человек-машина". В нем он, говоря о человеке, в частности, писал: "По сравнению с обезьяной и умнейшими животными он представляет то же, что планетные часы Гюйгенса с часами императора Юлиана. Если для отметки движения планет нужно было больше инструментов, колесиков, пружин, чем для показания времени на часах, если на создание флейтиста Вокансону понадобилось больше искусства, чем на утку, то на создание механического человека, способного говорить, нужно было бы еще больше; нельзя думать, что такую машину невозможно создать, в особенности руками какого-нибудь Прометея..." Третье направление принадлежит механикам-изобретателям, воспроизводившим на практике эти витавшие в воздухе идеи.
Наиболее достоверно известно о совершенных автоматах, созданных французским изобретателем и инженером Жаком де Вокансоном (1709-1782), принесших ему широкую известность. Он был даже избран во Французскую академию. В числе его блестящих творений был пастух, который играл на флейте. Сам изобретатель в это время аккомпанировал ему на тамбурине. Флейтист в сидячем положении вместе со своим пьедесталом достигал 170 сантиметров в высоту. Он играл двенадцать разных пьес, "производя звуки вдуванием воздуха изо рта в отверстие флейты и изменяя ее тоны действием пальцев на отверстия инструмента".
Другой андроид Вокансона играл левой рукой на провансальской свирели, правой - на бубне и прищелкивал языком по обычаю провансальских свирельщиков.
Наконец, жестяная утка того же механика - едва ли не самый совершенный из всех известных автоматов - не только подражала с необычайной точностью всем движениям, крику и манерам поведения своего оригинала: плавала, ныряла, плескалась в воде, но даже клевала пищу с жадностью живой утки и выполняла до конца при помощи скрытых внутри ее химических веществ обычный процесс пищеварения. Эту утку, состоящую из тысячи движущихся деталей, позже видел Гёте, который описал ее в своем дневнике. Все эти автоматы были публично показаны Вокансоном в Париже в 1738 году.
В это же время в промышленности появились станки со сложными механизмами для изготовления деталей сложной конфигурации. В двадцатых годах XVIII века русский изобретатель Андрей Нартов создал автоматический суппорт, перемещающий резец вдоль обрабатываемой детали для токарно-копировальных станков. Он же предложил станок с применением сменных зубчатых колес для нарезки крупных винтов. В 1765 году русский механик И. Ползунов изобрел регулятор питания парового котла в виде поплавка, "автоматически" поддерживающего уровень воды.
Кстати, первым "промышленным роботом" был созданный Вокансоном механический осел, который с изяществом, несвойственным ослам, ткал на обычном ткацком станке. Но почему именно осел? Дело объясняется просто. Когда в 1742 году Вокансон задумал создать автоматический ткацкий станок, лионские ткачи, боясь конкуренции, решили избить изобретателя. В ответ на их нападение Жак де Вокансон и создал механического осла, который ткал на обычном ткацком станке.
Однако вернемся к создателям человекообразных машин. Весной 1774 года швейцарский часовщик Пьер Дро и его сын Анри показали изумленным согражданам сконструированного ими механического писца. Он с важным видом макал гусиное перо в чернильницу и ровным, красивым почерком выводил длинную фразу.
При этом он двигал головой и любовно оглядывал написанное. Закончив писать, он посыпал, как тогда было принято, бумагу песком и стряхивал ее. Кроме писца, мастера сделали механического рисовальщика и музыкантшу, исполнявшую на фисгармонии сложные произведения. В 1774 году на выставке в Париже эти механические люди пользовались шумным успехом. Затем Анри Дро повез их в Испанию, где они также вызывали восторг и восхищение. Но там в дело вмешалась священная инквизиция, которая обвинила его в колдовстве и посадила в тюрьму, отобрав автоматы-андроиды.
Считается, что само слово "андроид" создано из первых букв имени и фамилии Анри Дро, однако это всего лишь совпадение, хотя и весьма удачное. Слово это происходит от греческого "anthros", что значит "мужчина", которое является однокоренным со словом "anthropos" - "человек", и означает "человекоподобный".
Андроиды - механические люди - были отражением механического века сжатых пружин. Пружины приводили в движение сложнейшие системы зубчатых колес, рычажков, штанг, кулачков, винтов, всевозможных автоматов. Поэтому можно утверждать, что андроиды были своего рода разновидностью часов. Как известно, часы - одно из самых совершенных созданий человека в технике своего времени. Именно часы, как говорил К. Маркс, подали человеку мысль применить автоматы в производстве.
В 1784 году Дж. Уатт предложил центробежный регулятор скорости оборотов паровой машины, которая стала после этого основным источником механической энергии для приводов станков, машин и механизмов.
Теперь у механиков был двигатель, и они знали, как с помощью передаточной цепи из отдельных звеньев превратить вращение вала в любое сложное движение исполнительного механизма. Они постепенно начали создавать все больше и больше машин, способных своими руками-механизмами воспроизводить разнообразные рабочие движения людей во многих трудовых процессах.
Умели механики и передавать в автоматах команды для различных узлов. Использовали шпильки на барабане музыкального ящика, картонные ленты с отверстиями, валики с кулачками. Это была программа работы автомата, но программа самая примитивная, жесткая, беч всякой реакции на внешнюю среду. Творчество автоматчиков принесло много пользы. Оно помогло найти и практически проверить основные математические и технические средства для развития машиностроения и основ автоматики, когда начался повсеместный переход к машинному производству - знаменитый промышленный переворот.
Победно шагала техника. Машины появились в текстильной, металлообрабатывающей, горной и других отраслях промышленности. Повсюду шел бурный процесс механизации. Впервые рука человека была освобождена от непосредственной обработки металла.
Увлечение андроидами мало-помалу сходило на нет, впечатляющие перспективы промышленной революции оказались куда увлекательнее, тем более что возможности механики были в общем-то исчерпаны. Лучшие конструкции, созданные в средние века, позднее просто повторялись в разных вариантах. Так, в 1810 году немецкий механик И. Кауфман создал механического трубача, который виртуозно исполнял несколько сложных пьес на трубе. В 1850 году Г. Дешан смастерил автоматическую "укротительницу змей". В 1893 году Дж. Мур построил механического человека с приводом от паровой машины мощностью 0,5 лошадиной силы. Он развивал скорость хода до 14 километров в час, при этом машина была спрятана внутри, а сигара служила дымоходом.
В 1815 году изобретателем Модели была создана первая автоматическая станочная линия, она служила для изготовления корабельных блоков.
Наступала эра электричества. После изобретения электродвигателя и динамо-машины электричество открыло новые возможности для автоматизации производства.
В 1830 году русский ученый П. Шиллинг изобрел магнитоэлектрическое реле - один из основных элементов электроавтоматики. В 1872 году В. Чиколев впервые продемонстрировал электропривод к швейной машине на Первой Московской политехнической выставке. В 1895 году С. Апостол-Бердичевский и М. Фрейденберг создали первую в мире автоматическую телефонную станцию.
После изобретения в начале XX века регуляторов напряжения электроэнергия активно заявила о себе в производстве. Электродвигатель закрутил станки, оживил автоматические устройства. В 30-х годах XX века появились многошпиндельные агрегатные станки, а в 40-х годах - целые автоматические линии из агрегатных станков.
В ходе выполнения первых пятилетних планов развития народного хозяйства в нашей стране были созданы заводы, производящие приборы и аппаратуру для автоматизации производства. Конец сороковых годов ознаменован появлением "усилителей интеллекта" - электронных вычислительных машин - и рождением "науки об управлении" - кибернетики, которая стала повивальной бабкой многих автоматических электронных устройств, в том числе и промышленных роботов.
ОТРОЧЕСТВО
В середине XX века крупные достижения электроники, физики и электротехники позволили вновь приступить к конструированию человекоподобных автоматов, но на более высоком уровне. Их стали называть роботами. Окончательное формирование кибернетики как нового научного направления дало мощный стимул развитию роботов, появились многочисленные электронные "люди" и "животные". В отличие от андроидов роботы теперь обладают обратной связью, более гибки в действиях и более чувствительны к изменению внешней обстановки. У них появилось зрение - фотоэлементы, слух - микрофоны, речь - громкоговорители.
Один из первых советских роботов демонстрировался на всемирной выставке в Париже -в 1937 году. На всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 году можно было видеть шагающего робота "Электро" с собакой-роботом "Спарко". "Человек" беседовал с многочисленными посетителями, а "собака" лаяла и служила. В 1960 году огромным успехом пользовался выставленный на ВДНХ робот, сконструированный на Чкаловской станции юных техников Московской области, он выполнял 18 различных команд и назывался "СЮТ". Там же, на Чкаловской станции юных техников, в 1969 году создан кибернетический робот-гигант, успешно экспонировавшийся на всемирной выставке ЭКСПО-70 в Японии. Широкую известность получил робот "Сспулька", работавший экскурсоводом в Политехническом музее в Москве.
Однако эти устройства, несмотря на то, что назывались громко и эффектно роботами, являлись всего лишь игрушками, в задачу которых входило удивлять и забавлять. В то же время стали появляться первые зрелые плоды "кибернетического древа". Инженеры начали разрабатывать устройства, которые, хотя и скромно назывались кибернетическими игрушками, создавались отнюдь не для развлечения. Они служили примером практического воплощения идей кибернетического управления, моделируя весьма целесообразное поведение насекомых и животных.
Наибольшую известность среди кибернетических игрушек приобрели представители так называемого "кибернетического зверинца" - устройства, воспроизводящие различные формы поведения и внешне несколько напоминающие животных - черепах, жуков, белок, собак и т. п. Первые простейшие схемы таких устройств, способных двигаться в направлении света - "моль" или удаляться от него - "клоп", разработал еще Н. Винер.
Наибольшую известность приобрели три "черепахи", созданные английским биофизиком и нейрофизиологом Г. Уолтером в 1950-1951 годах. Эти простейшие игрушечные роботы представляли собой самодвижущиеся электромеханические устройства, способные воспроизводить следующие виды целесообразного поведения насекомых и животных: движение на свет или от него, обход препятствия, поисковые движения, заход в "кормушку" для подзарядки разрядившихся аккумуляторов и т. п.
Черепашка Грея - миниатюрная тележка на колесиках, которые вращаются электромоторчиком. Другой электромотор поворачивает руль. Тележка возит на себе аккумулятор, который служит источником питания.
На тележке есть также фотоэлемент, электрический контакт, замыкающийся при столкновении с препятствием.
"Мозгом" черепашки является несложная электронная схема. Несмотря на видимую простоту, черепашка ведет себя довольно "осмысленно". В полутемной комнате или при слабом рассеянном свете она ползает в разных направлениях, словно что-то ищет. Натыкаясь на препятствия, она пытается их обойти, чуть отходя назад и поворачивая вбок. Если в комнате зажигается достаточно яркая лампа, черепаха решительно направляется в ее сторону. Подойдя к источнику света, она поворачивается и, как бабочка, двигается вокруг него, находя и поддерживая оптимальные "условия существования".
Другой робот - белка Э. Беркли - имеет уже два фотоэлемента, две лапки, которые могут сдвигаться и раздвигаться на уровне пола, маленький металлический хвостик, который волочится по полу. Белка собирает орешки разбросанные в беспорядке белые мячики для игры в гольф - и складывает их в "гнездо" - на металлическую подстилку. Вот белка заходит в пустую комнату, где на полу разбросаны мячики. В углу комнаты металлический лист, освещенный мигающей люминесцентной лампой, изображает гнездо. Белка наугад движется по комнате, пока в "поле зрения" фотоэлементов не попадает "орех" - белый мячик. Тогда она направляется к нему, раздвигает лапки, останавливается, сдвигает лапки, схватив шарик, затем поворачивается и ищет гнездо. Поскольку оно освещено мигающим светом люминесцентной лампы, белка легко находит его, заползает на металлический лист и останавливается. Замыкание контакта между листом и ее металлическим хвостиком показывает, что она "дома". Раздвинув лапки и выпустив "орех", она снова отправляется на поиски.
Кибернетический зверинец разрастался, увеличивался и "интеллект" зверюшек. Наиболее совершенные моделировали такие сложные биологические процессы, как формирование условного рефлекса. Если в момент столкновения с препятствием "дрессировщик" подавал звуковой сигнал, то через несколько таких повторений "зверек" начинал реагировать на сигнал так же, как на препятствие.
И все-таки, несмотря на все головокружительные трюки, которые проделывали эти электронные "создания, они оставались лишь кибернетическими игрушками, призванными продемонстрировать нам "неограниченные возможности кибернетики". Это был счастливый возраст роботов, когда электронные "чада" весело резвятся, а ах "родители" приглашают всех полюбоваться на очаровательные создания и восхититься их талантами. Но тогда роботы не более чем хитроумные игрушки для взрослых. Или в них заключается нечто иное?
Давайте подумаем, от какого слова произошло слово "робот" и вообще, как оно появилось?
Почти любая популярная статья или книга о роботах начинается с объяснения того, что слово "робот" ввел чешский писатель Карел Чапек. Сделал он это в 1920 году в своей пьесе "RUR", или "Россумские универсальные роботы". В ней изобретатель и его сын строят машины гуманоидных форм, которые, заменяя живых людей, трудятся на фабриках и заводах. Но вот его соотечественник, автор научно-популярных и научно-фантастических книг Людвиг Соучек (1926-1978), в своей книге "Иллюстрированный исправитель распространенных ошибок" подробно рассказывает нам о том, как это произошло. Слово "робот", хотя и было впервые употреблено в пьесе К. Чапека "RUR", откуда и начался его путь по свету, не является, однако, вопреки распространенному мнению продуктом языкового творчества самого писателя. По свидетельству самого К. Чапека, это слово придумал его брат Йозеф, которого автор пьесы попросил посоветовать, какое имя дать действующим в этом произведении искусственным людям. У него уже, правда, было одно название - лаборы (от латинского слова "работа"). Но это название казалось писателю чересчур вычурным. Йозеф, сидевший тогда за мольбертом, даже не отрываясь от рисования, проворчал: "Ну так назови их роботами..." Он просто взял за основу то же слово "работа", "труд", но перевел его на чешский язык. И новое слово пошло путешествовать по страницам сначала фантастических, затем научных и, наконец, популярных изданий. Само слово "робот" образовано от чешского слова "rabota" - барщина, тяжелый, каторжный труд. Значит, робот - это рабочий, это труженик, это помощник человека.
Можно, конечно, сказать, что электронные "люди" и "животные" тоже выполняют определенную работу. Например, робот "Сепулька" - работу экскурсовода, белка Беркли - работу сборщика мячей для гольфа. Однако эти уникальные устройства вряд ли смогли бы совершить ту революцию в технике, свидетелями которой мы являемся.
Сегодня более ста тысяч потомков кибернетических игрушек трудятся на предприятиях во многих странах мира. Тысячи промышленных роботов эффективно работают на Волжском и Камском автозаводах, на ЗИЛе и ВЭФе, на Петродворцовом часовом заводе.
Таким образом, предвидение К. Чапека получило конкретное техническое воплощение, которое привлекло к себе внимание ученых и производственников, открыв, как теперь принято говорить, "новую эру автоматизации производства".
Обратимся же к истории роботостроения. Современный промышленный робот возник не на пустом месте, он прямой потомок автоматических станков, линий и заводов, в изобилии применявшихся в промышленном производстве.
В 1950 году в СССР создан первый завод-автомат, который выпускал автомобильные поршни. В конце 50-х годов разработаны станки с числовым программным управлением, а в середине 60-х годов - программные станки с автоматической сменой инструмента, так называемые обрабатывающие центры. Несмотря на кажущуюся или фактическую примитивность подобных автоматов, они чрезвычайно широко распространены. Они полностью утратили сходство с человеком, и поэтому их не относят к роботам, хотя в принципе это тоже роботы. Такой обрабатывающий центр имеет специальный магазин барабанного типа, как у револьвера, где хранятся многочисленные инструменты, которые могут понадобиться в работе.
Автоматически, по командам устройства управления осуществляется смена инструмента. Она производится с помощью специального приспособления с двумя небольшими манипуляторами. Магазин поворачивается так, чтобы нужный инструмент оказался в самом верху, гСтраница 1 : Стр. 2 : Стр. 3 : Стр. 4 : Стр. 5 : Стр. 6 : Стр. 7 : Стр. 8 : Стр. 9 :
|
Обратная связь
Реклама на сайте
НАЗАД