Проект "Робототехника" (1 класс)

1.     Введение

Роботы сегодня вошли в нашу жизнь в разных областях. Они летают в космос, исследуют другие планеты; помогают в военных целях — разминируют бомбы и разведывают обстановку с воздуха. В промышленности многие области уже немыслимы без роботов: они собирают автомобили, помогают находить новые лекарства. Многие устройства, принимающие решения на основе полученных от сенсоров данных, тоже можно считать роботами — таковы, например, лифты, которыми мы пользуемся каждый день, и системы антиблокировочного торможения, помогающие избежать аварий.

Понятие «робототехника» принадлежит Айзеку Азимову, впервые оно фигурирует в его рассказе «Лжец» 1941 года. Тогда для читателей, ровно как и для самого автора, эта наука была чем-то недостижимым. Но будущее уже наступило…

Тема данной работы является актуальной, так как развитие робототехники происходит постоянно. С момента своего появления роботы прошли путь от примитивных механизмов до сложных, эффективных устройств, во многом превзойдя по своим возможностям человека. В ближайшие десятилетия всё более совершенные роботы станут незаменимыми помощниками людей и смогут взять на себя обеспечение большей части потребностей цивилизации.

Целью данной работы является дать понятия робота и робототехники, привести основные законы робототехники, рассмотреть краткую историю её развития, определить современное состояние робототехники  и обозначить ее возможные перспективы на будущее.

Структура данной работы представлена в следующем виде: введение, четыре главы, заключение и библиография. Первая глава посвящена основным понятиям и законам робототехники. Во второй главе рассматривается краткая история развития робототехники. В третьей главе описывается современное состояние робототехники, а в четвертой описываются предположительные перспективы ее развития. В заключении подводятся итоги проведения исследования робототехники и определения его роли в современном мире.

2.     История возникновения термина «Робот" и «Робототехника.

 Основные законы робототехники

Практически каждое изобретение человека находит отражение в искусстве. С роботами же вышло наоборот: произведения многих фантастов вдохновляли ученых на работу над робототехникой. А началась «эра» роботов в искусстве в январе 1921 года, когда в Праге состоялась премьера новой пьесы драматурга Карела Чапека. Сюжет пьесы был достаточно привычным для нас, но для того времени предельно авангардным: роботы R.U.R. (Rossum’s Universal Robots) сначала во всем помогают людям, а затем захватывают контроль над человечеством. Кстати, именно Чапек ввел в нашу речь слово «робот» — немного измененное чешское «robota», что переводится как принудительный труд. [Прил.А]

Роботы – это механические помощники человека, способные выполнять операции по заложенной в них программе и реагировать на окружение.

Но время не стоит на месте, и вскоре людям понадобились новые механические герои. И их подарил нам знаменитый фантаст Айзек Азимов. В 1940 году журнал Super Science Stories опубликовал его цикл рассказов под названием A Strange Playfellow . Они повествуют о взаимоотношениях мальчика и робота Roobie, созданного для его защиты. А само же слово «робототехника» (в его английском варианте «robotics») было впервые использовано в печати Айзеком Азимовым в научно-фантастическом рассказе «Лжец», опубликованном в 1941 г.

В этом цикле Азимов вывел основные законы робототехники, которые остаются актуальны и в наше время (и, скорее всего, будут актуальны всегда, пока существуют роботы):

• Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.

• Робот должен подчиняться командам человека, если эти команды не противоречат первому закону.

• Робот должен заботиться о своей безопасности, пока это не противоречит первому и второму закону.

Робототе́хника (от робот и техника; англ. robotics) -прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической основой интенсификации производства

Типы роботов:

• Андро́ид человекоподобный.
• Боевой робот  - устройство автоматики, заменяющее человека в боевых ситуациях для сохранения человеческой жизни или для работы в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т. п.
• Бытовой робот, предназначенный для помощи человеку в повседневной жизни. Персональный робот тип роботов, которые в отличие от промышленных роботов будут компактны, недороги и просты в использовании. Прямая аналогия с понятием персональный компьютер.
• Промышленный робот - автономное устройство, применяется для перемещения объектов в пространстве и для выполнения различных производственных процессов.
• Социальный робот, способный в автономном или полуавтономном режиме взаимодействовать и общаться с людьми в общественных местах.
• Шаробот подвижный робот, использующий для передвижения единственное сферическое колесо (т.е. шар), и постоянно самобалансирующий на нём как в движении, так и в покое. Благодаря единственной точке контакта с поверхностью, шаробот одинаково легко передвигается во всех направлениях, являясь чрезвычайно подвижным, манёвренным, и естественным в движениях, по сравнению с обычным наземным транспортом.

3.      История развития робототехники

               Робототехника наука о процессе разработки автоматизированных технических систем на базе электроники, механики и программирования. Роботостроение развитая отрасль промышленности: несколько тысяч роботов работают на различных предприятиях, робототехнические манипуляторы превратились в неотъемлемую часть подводных исследовательских аппаратов, изучение космического пространства уже не обходиться без использования роботов с высоким уровнем интеллекта.

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. Неизвестно, пытался ли Леонардо построить робота.

Работы по созданию андроидов достигли наибольшего развития в XVIII в. Одновременно с расцветом часового мастерства. Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон  (1709-1789) создал в 1738 году первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. «Флейтист» был ростом с человека. Подвижными пальцами он мог исполнять 11 мелодий с помощью заложенной в него программы. Вокансон также создал механическую утку, покрытую настоящими перьями, которая могла ходить, двигать крыльями, крякать, пить воду, клевать зерно и, перемалывая его маленькой внутренней мельницей, отправлять нужду на пол. Утка была однозначно признана венцом творения мастера.  [Прил.Б]

Созданием автоматов также занимались швейцарские часовщики Пьер-Жак Дро (1721-1790) и его сын Анри Дро (1752-1791). От имени последнего позднее было образовано и понятие «андроид». Пьер-Жак Дро создал несколько автоматов, из которых наибольшую известность получили писец и художник. Писец представлял собой сидящую за столом девочку, которая выписывала аккуратным почерком буквы, слова и даже могла нарисовать собаку. При этом она плавно покачивала головой и опускала веки в такт движения руки. 

Не остались в стороне и русские механики. Однако их конструкции отличались простотой конструкции. Так, механик И.П. Кулибин (1735-1818) построил в течении трех лет яичную фигуру – универсальные часы. Часы давали театрализованное представление и играли музыку.

4.     Робототехника современности

Сегодняшняя робототехника сформировалась примерно в 50-х годах ХХ века. В 1956 году. Джорджем Диро и Джозефом Энжилбергером был создан робот Ultimate, который сразу был куплен компанией General Motors. Ultimate представлял собой огромную конструкцию, похожую на человеческую руку. Примерно в это же время была основана лаборатория искусственного интеллекта в Массачусетском технологическом институте. Своим рождением лаборатория обязана Джону МакКарти и Марвину Мински. В 1966 году появился результат многолетних экспериментов Стендфордской исследовательской лаборатории — робот Shakey. Его рождение стало великим событием для робототехники — первый автономный робот, способный самостоятельно ориентироваться в пространстве и объезжать препятствия, был настоящим чудом.[Прил.В]

Современная робототехника основана на компьютерных технологиях: без компьютеров роботы не смогли бы и десятой части того, что они могут. Современных роботов можно условно разделить на две категории: рабочие (т. е. роботы, сконструированные для служебных задач) и домашние.

Промышленные роботы составляют больше 80% от всех существующих на сегодня устройств. Они способны практически полностью заменить человека на многих заводах: например, на большинстве автомобильных заводов всю сборочную работу выполняют именно роботы, человеку же остается только контролировать их. В таком подходе много плюсов: механические «рабочие» не допускают ошибок, не устают, им, в конце концов, не нужно платить зарплату.

Как только появились первые образцы более-менее развитых роботов, человеку захотелось, чтобы механические создания заменили его во многих опасных местах. Например, без робота Dante II человек никогда бы не заглянул в кратер действующего вулкана.[Прил.Г] Без робота Sojourner(Соджорнер-марсохрд) наши знания о Марсе были бы намного более скудными. Этот агрегат в 1997 году высадился на поверхность планеты и передал на Землю огромное количество фотоснимков.[Прил.Д]

Домашние роботы не приспособлены к экстремальным условиям, они не могут выполнять сложную работу. Их задача — помочь человеку в быту и развлечь его. Существует огромное количество недорогих домашних роботов: роботы-пылесосы, роботы-газонокосильщики и многие другие. Но если с первой задачей — помочь в быту — они справятся, то со второй — развлечь — дела обстоят намного сложнее. Очень небольшое количество роботов способны развлечь человека. Например, робот PaPeRo компании NEC, помимо чисто бытовых функций, умеет говорить. Этот робот знает более 300 фраз, а распознает и того больше.[Прил.Е]

Но больше всех умеет разработка компании Sony — собачка Aibo  (яп. 愛慕 айбо означает «любовь», «привязанность», а также может значить «товарищ»; ещё существует аббревиатура англ. Artificial Intelligence RoBOt^[1]) — собака-робот, разработанная компанией Sony. Этот небольшой зверек имеет отличное зрение, слух, осязание. Собачка способна узнавать своего хозяина, реагировать на команды, ласку. Aibo имеет четыре стадии взросления: младенчество, детство, юность и зрелый возраст. И только от вас зависит, каким будет взрослый Aibo: характер собаки может быть разным, так как собачке присущи различные эмоции — от счастья до злобы. Кстати, в отличие от большинства других роботов эта собака весьма и весьма подвижна, она умеет бегать, прыгать, потягиваться, выполнять акробатические трюки. Кстати, при желании можно научить Aibo играть в футбол и танцевать.[Прил.Ж]

5.     Робототехника. Перспективы развития.

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. C другой стороны роботизация изменит жизнь людей. Люди будут значительно больше заниматься творчеством, отдыхать, наслаждаться жизнью. Это наше будущее, это необходимо знать.

В последнее время робототехника начала развиваться стремительными темпами. Сегодня мы можем иметь только смутное представление о том, что в области робототехники ожидает человечество даже в ближайшие время, как будет выглядеть наша жизнь после прихода в наш дом роботизированной техники. И так, основные направления развития робототехники на ближайшие двадцать лет:

Домашние роботы - революция в робототехнике наверняка коснётся и вашего дома, возможно каждой семьи. Домашние роботы будут состоять из роботов, выполняющих повседневные задачи и хозяйственные работы по дому. Скорее всего уже через пять - десять лет можно будет увидеть увидим значительное увеличение количества сервисных роботов для домашнего персонального использования, которые в основном будут использоваться для уборки помещения, стирки и меньше в более продвинутых областях.

Медицинские роботы - такие роботы уже существуют, их количество ежегодно увеличивается примерно на 20%. Уже в ближайшие годы аналитики ожидают значительного прогресса в создании медицинских роботов, способных делать более сложные операции.

Киборги - Новые технологии дадут тем, кто нуждается в протезах, возможность заменить свои органические конечности и отдельные внутренние органы. Аналитики прогнозируют, что спрос на протезы будет очень большим, от тех кто потерял конечности, до тех, кому требуются косметические улучшения. Всё это уже стало доступно после появления 3D-"Bio printing" (лечебного применения 3D-печати для получения живой ткани и органов). В ближайшие двадцать лет люди смогут начать сознательно заменять плохо функционирующие конечности на искусственные, которые смогут предложить большую силу, выносливость и ловкость.

Искусственный интеллект - (ИИ) в широком смысле относится к появлению интеллектуальных машин и программного обеспечения, которые смогут воспринять окружающую их среду и самостоятельно существовать в окружающей среде. Вероятность появления ИИ в ближайшие двадцать лет очень высока, учёные сегодня стоят на пороге революционных открытий. Предполагается, что после создания искусственного интеллекта человечество сможет быстрее решать реальные мировые проблемы.

Андроид - это не просто робот похожий на человека, это результат достижений целого направления в робототехнике, которое стремится создавать роботов абсолютно аналогичных человеку.

Практически не один фантаст и даже самый приземленный реалист не рискнули бы описать общество будущего без роботов, и в частности – андроидов. И это понятно, ведь уже сейчас мы видим опытные образцы, которые демонстрируют достижения ученых и инженеров в этом направлении. И, хотя в настоящее время еще остается нерешенным целый ряд технических задач,  уже сейчас можно уверенно говорить, что в ближайшие 20 лет появятся более совершенные и дешевые технологии в этой области, которые приведут к формированию рынка роботов (андроидов) самого разного функционального назначения и уровня сложности. А это означает, что андроиды (и другие роботы) будут жить и работать среди нас, развлекая нас и помогая нам в нашем повседневном физическом и интеллектуальном труде. 

6.     Заключение

Цель и задачи, поставленные в данной реферативной работе, выполнены. Раскрыты такие понятия как «Робот» и «Роботехника». Освещены основные этапы развития робототехники, высказаны предположительные перспективы развития данной науки в ближайшем будущем.

Подводя итоги, можно сделать вывод, что на всех этапах своего развития человечество стремилось создать орудия, механизмы, машины облегчающие труд и обеспечивающие защиту от неприятеля. Эволюция современного общества и производства обусловила возникновение и развитие нового класса машин – роботов – и соответствующего научного направления – робототехники. Робототехника на сегодняшний день является интенсивно развивающейся научно-технической дисциплиной, изучающей как теорию, методы расчета и конструирования роботов, их систем и элементов, так и проблемы комплексной автоматизации производства и научных исследований с применением роботов.

С уверенностью можно сказать, что приходит черед роботов. Они, как технология, еще молоды и умеют не много также как и персональные компьютеры на заре своего появления. Но по мере своего развития они поистине будут стирать пределы развития человечества, предоставляя ранее недостижимые возможности по совершенствованию нашего быта, сферы обслуживания, комфорта и качества условий труда.

Библиография

Литература

1.Макаров И. М., Топчеев Ю. И.  Робототехника: История и перспективы. — М.: Наука; Изд-во МАИ, 2003.

Ссылки:

1.http://kuban24.tv/item/spetsreportaj-razvitie-robototehniki-v-krasnodarskom-krae-111606

2.http://www.mobi.ru/Articles/183/Roboty__nashe_budushee.htm

3.http://roboreview.ru/nauka-o-robotah/istoriya-razvitiya-robototehniki.html - история развития робототехники

4.http://robot-ex.ru/ru/newscontent/razvitie-robototehniki-v-budushchem - развитие робототехники в будущем

5.http://bibliofond.ru/view.aspx?id=729427 – курсовая работа «Анализ развития робототехники в будущем

6.http://stockinfocus.ru/2014/11/25/ya-robot-perspektivy-razvitiya-robototexniki-v-blizhajshie-10-let/ - перспекитвы развития робототехники

7.http://infourok.ru/material.html?mid=186631

ПРИЛОЖЕНИЕ А

R.U.R. (сокращение от чеш. Rossumovi univerzální roboti, «Россумские универсальные роботы») — научно-фантастическая пьеса, написанная Карелом Чапеком в 1920 году.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Механическая утка-изобретение французского механика и изобретателя Жак де Вокансо́н

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Робот Шеки (англ. Shakey) — первый универсальный мобильный робот, способный рассуждать над своими действиями.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Специальный робот для исследования вулканов

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

«Соджорнер» (англ. Sojourner, МФА: — Пришелец) — марсоход космического агентства НАСА, запущенный в рамках программы Марс Пасфайндер.

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

PaPeRo – робот-помощник от японской телекоммуникационной компании NEC

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

Собака-робот, разработанная компанией Sony