Dažādas automātiskās ierīces cilvēka dzīvē ieņem tik spēcīgu vietu, ka bez tām gandrīz neiespējami iedomāties mūsdienu civilizāciju. Taču robotikas vēsture ir ļoti gara, cilvēki gandrīz visas savas vēstures garumā mācās radīt dažādas mašīnas. Protams, senās mašīnas nevar salīdzināt ar mūsdienu, tās drīzāk bija to līdzības. Tomēr tie parāda, ka ideju par mašīnu radīšanu, jo īpaši mākslīgu cilvēka imitāciju, var izsekot senākajos cilvēces vēstures slāņos.
Vārda "robots" parādīšanās
Šo vārdu izdomājis slavenais čehu rakstnieks Karels Kapeks. Viņš pirmo reizi lietoja šo terminu savas 1920. gada lugas Rossum's Universal Robots nosaukumā. Tomēr viņu nevar uzskatīt par vārda "robots" autoru, tas nāk tikai no čehu robota, kas nozīmē tikai "darbs". Pēc paša rakstnieka teiktā, vārdu piedāvāja viņa brālis Džozefs, savukārt pats Kapeks nevarēja izlemt, kā nosaukt savus varoņus.
Čapeka lugas sižets daudziemšķitīs pazīstami: sākumā cilvēki izmanto savus mehāniskos kalpus dažādos smagos darbos, tad saceļas un, savukārt, paverdzina cilvēkus.
Mūsdienu izpratnē “robots” ir mehāniska ierīce, kas darbojas pēc noteiktas programmas pati par sevi, bez cilvēka palīdzības.
Robotikas jēdziens un tās likumi
1941. gadā stāstā "Melis" tika formulēti Īzaka Asimova slavenie robotikas likumi, kas paredzēti, lai regulētu šo mašīnu uzvedību.
- Robots nevar nodarīt cilvēkam bojājumus vai ar savu bezdarbību ļaut to nodarīt.
- Robotam ir jāpakļaujas cilvēkam, ja vien tas nav pretrunā pirmajam likumam.
- Robots var sevi aizstāvēt, ja vien tas nav pretrunā ar pirmajiem diviem likumiem.
Vēlāk, sākot no šiem likumiem, pats Asimovs un citi autori radīja milzīgu darbu slāni, kas bija veltīts cilvēku un mašīnu attiecībām.
Azimovs iepazīstināja ar jēdzienu "robotika". Vārds, kas kādreiz lietots fantāzijas stāstā, tagad ir nopietnas zinātnes nozares nosaukums, kas nodarbojas ar dažādu mehānismu izstrādi un konstruēšanu, procesu automatizāciju utt.
Senās pasaules mašīnas
Robotikas vēsture sakņojas senatnē. Kaut kādi roboti tika izgudroti senajā Ēģiptē pirms vairāk nekā četriem tūkstošiem gadu, kad priesteri slēpās dievu statujās un sarunājās ar cilvēkiem no turienes. Tajā pašā laikā statuju rokas kustējās ungalvas.
Ja dodat vaļu savai iztēlei, atsauces uz robotiem varat atrast, piemēram, senās Grieķijas mītos. Pat Homērs piemin mehāniskos kalpus, ko sengrieķu dievs Hefaists radījis sev, milzi Talosu, ko viņš radījis no bronzas, lai pasargātu Krētu no ienaidnieka. Platons stāsta par zinātnieku Arhitu no Tarentuma, kurš izveidoja mākslīgu balodi, kas spēj lidot.
Arhimēds 3. gadsimtā pirms mūsu ēras, domājams, izgatavoja aparātu, kas ļoti atgādina mūsdienu planetāriju: caurspīdīgu bumbiņu, ko virza ūdens un kurā bija redzama visu tajā laikā zināmo debess ķermeņu kustība.
Viduslaikos cilvēki jau sāka radīt īstas mašīnas, kas spēj paveikt daudzas interesantas lietas. Arī mēģinājumi radīt pirmās humanoīdu mašīnas pieder pie viduslaikiem.
Alberts Lielais, slavenais 13. gadsimta alķīmiķis, izveidoja androīdu, kas darbojās kā vārtsargs, paverot durvis klauvēt un klanīties viesu priekšā (android ir robots, kas kopē cilvēku pēc izskata un uzvedības). Viņš arī izstrādāja mehānismu, kas spēj runāt ar cilvēka balsi, tā saukto runājošo galvu.
Kas pirmais izveidoja robotu?
Pirmā robota projektu, par kuru ir saglabājusies uzticama informācija, izveidoja Leonardo da Vinči. Tas bija androīds, kas izskatījās pēc bruņinieka bruņās. Saskaņā ar Leonardo zīmējumiem viņš varēja kustināt rokas un galvu. Atklāts paliek jautājums, kāpēc slavenais izgudrotājs nav apveltījis savu bruņinieku ar spēju kustināt kājas, t.i., staigāt. Iespējams, viņš to uzskatīja par tehniski sarežģītu problēmu (kasir pilnīga taisnība). Vai arī tika pieņemts, ka bruņiniekam jāj ar zirgu, un kāju kustīgums viņam nav vajadzīgs.
Nav droši zināms, vai da Vinči spēja uzbūvēt savu "terminatoru", taču viņš izstrādāja lauvu robotu, kas, karalim parādoties, ar nagiem saplēsa viņam krūtis, parādot Francijas ģerboni. paslēpts tajā.
Turklāt Leonardo bija arī idejas par mehānismu mijiedarbību ar cilvēka orgāniem, t.i., jau 15.-16.gadsimta mijā viņš paredzēja mūsdienu cilvēka nervu sistēmas tieši kontrolēto protēžu attīstību.
Mehāniskie mūziķi un soļojošie dzinēji
16. gadsimtā Eiropā tika radītas daudzas ierīces, galvenokārt izmantojot tinumu (pulksteņu) mehānismus. Piemēram, Vācijā tika izgatavota mākslīgā muša un ērglis, kas varēja lidot, bet Itālijā – sieviešu kārtas robots, kas spēlēja lautu.
17. gadsimtā eiropieši izstrādāja un uzlaboja pirmos mehāniskos "kalkulatorus". Sākumā viņi var tikai saskaitīt un atņemt, bet gadsimta beigās viņi jau spēj dalīt un reizināt.
Šo brīdi var uzskatīt par pagrieziena punktu robotikas vēsturē, jo paralēli sāk attīstīties divas zināšanu nozares, kuras nākotnē tiks izmantotas modernu robotu radīšanai:
- mašīnu izstrāde, kas imitē un aizstāj cilvēku un viņa darbības;
- informācijas glabāšanai un apstrādei paredzētu ierīču izveide.
Paralēli mehāniskihumanoīdu ierīces, kas spēj spēlēt mūzikas instrumentus, rakstīt un zīmēt.
19. gadsimta sākums iezīmējās ar cilvēku "draudzības" sākumu ar elektrību. Tas sāk strauji izplatīties un iekļūt daudzās cilvēka darbības jomās. Tajā pašā laikā tika pilnveidoti dažādi mehāniskie datori un analītiskās iekārtas, tika izgudrots telefons un telegrāfs.
Ir zināmi stāsti par dažādām humanoīdu mašīnām, kuras, iespējams, izgudroja un izmantoja ASV 19. gadsimtā:
- 1865. gadā dizainers Džonijs Brainards izveidoja tā saukto tvaika cilvēku, kurš tika iejūgts ratā, nevis zirgā. Patiesībā tā bija lokomotīve, kas izskatījās pēc cilvēka (tikai daudz lielāka). To vajadzēja pastāvīgi "noslīcināt", un to, tāpat kā zirgu, kontrolēja groži. Tika apgalvots, ka viņš var "staigāt" ar ātrumu līdz 50 km/h.
- Pēc kāda laika Frenks Rīds jau testē "elektrisko cilvēku", taču par šo izgudrojumu ir zināms maz.
- 1893. gadā Ārčijs Kampions ieviesa ar mākslīgo tvaiku darbināma karavīra modeli Boilerplate, kas it kā tika atkārtoti izmantots praksē, t.i., kaujās.
Visa šī informācija ir interesanta, taču rada zināmas šaubas, jo, neskatoties uz šķietami izcilajām īpašībām, šie izstrādājumi, atšķirībā no tvaika lokomotīvēm, tvaika kuģiem un tā tālāk, nekad nav nonākuši masveida ražošanā. Visticamāk, tie pastāvēja tikai prototipu veidā un nekad nav atraduši savu pielietojumu,patiesībā tās ir rotaļlietas pieaugušajiem.
20. gadsimts ir robotikas ziedu laiki
20. gadsimtā robotikas vēsture ieiet savā pēdējā posmā, kā rezultātā tika radīti tie roboti, kurus cilvēce pazīst tagad.
Elektronikas jomā ir veikti sasniegumi, parādās diodes un triodes. Pirmie cauruļdatori vispirms tiek izstrādāti teorētiski un pēc tam ieviesti.
Tajā pašā laikā tiek izveidots pirmais elektroniskais humanoīds robots, kas tiek vadīts no attāluma, spēj kustēties un runāt. Tad nāk elektronisks suns, kas reaģē uz gaismu un var riet.
Līdz 20. gadsimta pirmās trešdaļas beigām radiovadāmie androīdi mācās runāt pa telefonu, staigāt, pat darboties kā lektori izstādē, smēķēt cigaretes un tā tālāk. Tajā brīdī daudzi jau domāja, ka vairs nav daudz palicis – un cilvēkus nomainīs roboti. Taču vēlāk kļūst skaidrs, ka toreizējos androīdus nekāda veida darbos izmantot nevarēs tā laika nepietiekamās tehnoloģiju attīstības dēļ.
Bet šie atklājumi neaptur izgudrotājus - androīdi turpināja parādīties un joprojām tiek izstrādāti.
40.-1950. gados turpinās elektronikas, datoru un datorprogrammēšanas pilnveidošanās, parādās jēdziens "mākslīgais intelekts", pēc kura notiek ievērojams lēciens robotikas attīstībā, roboti sāk "kļūst gudri". "ātri.
Beidzot, sākot ar 60. gadu sākumu, sāk piepildīties cilvēces sapnis - mašīnas sāk aizstāt cilvēkus ar smagiem, bīstamiem unneinteresanti darbi. Parādās pirmie modernā tipa robotizētie manipulatori. Pirmkārt, tās veic tikai cilvēkam neērtākās darbības, pēc tam tiek izveidotas automātiskās montāžas līnijas.
Ar laiku sākas cilvēku trakums ar robotiem. Bērniem tiek atvērti daudzi robotikas pulciņi un skolas, tiek ražotas dažādas izglītojošas rotaļlietas un konstruktori. Arī izklaides industrija nestāv malā - 1986. gadā tika izlaista filmas "Terminators" pirmā daļa, kas uzrunāja pasauli.
Mājas robotika
Robotikas vēsturei Krievijā, tāpat kā Eiropā, ir vairāk nekā viens gadsimts. Krievu zinātnieki jau kādu laiku seko līdzi saviem Eiropas kolēģiem dažādu automātu projektēšanā: 18. gadsimta pēdējā trešdaļā Krievijā tika izveidota skaitļošanas mašīna, ko sauca par Jakobsona mašīnu, bet 1790. gadā Ivans Petrovičs Kuļibins radīja. viņa slavenais "olu" pulkstenis. Tajos tika iebūvētas vairākas cilvēku figūras, kas veica noteiktas darbības, pulkstenis atskaņoja arī himnu un citas melodijas.
Tieši krievu zinātnieki veica vairākus nozīmīgus atklājumus robotikas vēsturē. Semjons Nikolajevičs Korsakovs datorzinātnes pamatus ielika 1832. gadā. Viņš izstrādāja vairākas mašīnas, kas spēj veikt viedus aprēķinus, to programmēšanai izmantojot perfokartes.
Boriss Semenovičs Jakobijs 1838. gadā izgudroja un pārbaudīja pirmo elektromotoru, kura pamatkonstrukcija ir aktuāla līdz pat mūsdienām. Jēkabi,uzstādījis to laivā, viņš ar tās palīdzību pastaigājās pa Ņevu.
Akadēmiķis P. L. Čebiševs 1878. gadā prezentēja pirmo staigājoša transportlīdzekļa prototipu - staigājošu automašīnu.
M. A. Bončs-Bruevičs izgudroja sprūdu 1918. gadā, pateicoties kuriem kļuva iespējams izveidot pirmos datorus, un V. K. Zvorikins nedaudz vēlāk demonstrē elektronisko cauruli, kas radīja televīziju.
Pirmais dators parādās PSRS 1948. gadā, un jau 1950. gadā iznāca MESM (mazā elektroniskā skaitļošanas mašīna), tobrīd ātrākais Eiropā.
Oficiāli robotikas vēsturi Krievijā var skaitīt no 1971. gada. Tad Baumaņa Maskavas Augstākajā tehniskajā skolā tika izveidota speciālās robotikas un mehatronikas nodaļa, kuru vadīja akadēmiķis E. P. Popovs. Viņš kļuva par nacionālās inženieru robotikas skolas dibinātāju.
Iekšzinātne adekvāti konkurēja ar ārzemju. Vēl 1974. gadā padomju dators kļuva par pasaules čempionu šaha turnīrā starp mašīnām. Un 1994. gadā radītais superdators Elbrus-3 bija divreiz ātrāks par tā laika jaudīgāko amerikāņu datoru. Tomēr tas netika laists masveida ražošanā, iespējams, tā laika sarežģītās situācijas dēļ valstī.
Krievijas automātiskie kosmonauti
Oficiāli robotikas pirmsākumi Krievijā datējami ar 1971. gadu. Toreiz tā tika oficiāli atzīta par zinātni PSRS. Lai gan līdz tam laikam Krievijā ražotās triecienšautenes jau ar spēku un pamatiem plosīja kosmosa plašumus.
1957. gadā pirmais pasaulēmākslīgais zemes pavadonis. 1966. gadā stacija Luna-9 raidīja radiosignālu uz Zemi no Mēness virsmas, un Venera-3 aparāts, veiksmīgi sasniedzis planētu, uzstādīja tur PSRS vimpeļu.
Tikai četru gadu laikā tika palaistas vēl divas Mēness stacijas, un abas veiksmīgi pabeidza savu misiju. Lunokhod-1, ko piegādāja Luna-17, strādāja trīs reizes ilgāk, nekā plānots, un sniedza padomju zinātniekiem daudz vērtīgas informācijas.
1973. gadā cita tās pašas sērijas stacija uz Mēnesi nogādāja citu Mēness roveru, kas arī lieliski tika galā ar savu uzdevumu.
Robotika mūsu laikos
Mūsdienu roboti ir iekļuvuši daudzās cilvēka dzīves jomās. To daudzveidība ir pārsteidzoša: šeit ir tikai bērnu rotaļlietas un veselas automatizētas rūpnīcas, ķirurģiskie kompleksi, mākslīgie mājdzīvnieki, militārie un civilie bezpilota transportlīdzekļi. To pastāvīgu attīstību un uzlabošanu veic daudzas organizācijas pasaulē. Krievijā vadošo pozīciju zinātniskajā robotikā ieņem Sanktpēterburgas Robotikas un tehniskās kibernētikas Centrālais pētniecības institūts (Central Research Institute of Robotics and Technical Cybernetics), kas dibināts 1961. gadā kā Politehniskā institūta projektēšanas birojs. Šajā lielākajā centrā tika izstrādātas elektroniskās sistēmas Buran kosmosa kuģiem, Luna sērijas stacijām un starptautiskajai kosmosa stacijai.
Specialitāte "Mehatronika un robotika" un līdzīgas ir sastopamas daudzās tehniskajās jomāsuniversitātēm pasaulē. Speciālisti ar šādu izglītību ir ļoti pieprasīti darba tirgū, jo automatizācija iekļūst arvien dziļāk daudzās cilvēka darbības jomās. Tiem, kam šī tēma patīk brīvajā laikā, ir izdotas daudzas grāmatas par robotiku gan Krievijā, gan citās valstīs.
Neskatoties uz to, ka pašreizējās tehnoloģijas ir sasniegušas nepieredzētus augstumus, un robotus aktīvi izmanto cilvēki, to humanoīdu pārstāvji - androīdi - joprojām ir "bez darba". Tie tiek pilnveidoti, tiek izstrādāti arvien sarežģītāki modeļi, bet praktiskajā pielietojumā tie joprojām bezcerīgi zaudē saviem riteņu, kāpurķēžu un pat stacionāriem "kolēģiem" un pa lielam paliek rotaļlietas. Fakts ir tāds, ka cilvēka staigāšana ir ļoti sarežģīts process, ko mašīnai nav tik viegli atdarināt.
Turklāt no praktiskā viedokļa nav steidzami nepieciešami humanoīdi roboti. Rūpniecībā veiksmīgi darbojas stacionārie manipulatori, kas apvienoti automātiskajās ražošanas līnijās. Tur, kur nepieciešama kustība, piemēram, iekraujot noliktavu, atmīnējot bumbas, pārbaudot nopostītās ēkas, riteņu un kāpurķēžu braukšana ir daudz vienkāršāka un efektīvāka nekā cilvēka kāju imitācija.
Tomēr cilvēki neatsakās strādāt pie androīdiem, visā pasaulē regulāri notiek sacensības, kurās dažādu robotikas skolu pārstāvji demonstrē savas prasmes savu produktu vadīšanā. Turnīri tiek pastāvīgi organizēti tieši starp mašīnām, piemēram, šahāvai futbols.
Robotu klasifikācija
Ir vairākas klasifikācijas metodes. Pēc veiktā darba rakstura mašīnas tiek iedalītas rūpnieciskajās, celtniecības, lauksaimniecības, transporta, mājsaimniecības, militārajās, drošības, medicīnas un pētniecības mašīnās.
Atbilstoši vadības veidam tos iedala operatora vadītajos, daļēji autonomajos un pilnībā autonomajos.
Pirmā tipa automašīnas ir vienkārši tālvadības automašīnas (vienkāršākais piemērs ir bērnu radiovadāmā automašīna vai helikopters). Daļēji autonoms var veikt dažas darbības pašas, taču svarīgākajos punktos joprojām ir nepieciešama cilvēka iejaukšanās. Pilnībā autonomi roboti neatkarīgi veic visu darbību klāstu (piemēram, automātisko montāžas līniju manipulatori).
Pēc mobilitātes līmeņa izšķir šādas robotu klases: stacionārie un mobilie. Stacionāri - tie ir tie paši manipulatori, kurus visi ir pieraduši redzēt, piemēram, automobiļu rūpnīcās. Mobilās ierīces tiek iedalītas staigājošajās, ar riteņiem un kāpurķēdēm.
Mūsdienu produkcijas bundzinieki
Dažādas rūpnieciskās ražošanas ir nozare, kurā praktiski tiek pielietota lielākā daļa mūsdienu automātisko ierīču.
Industriālās robotikas vēsture sākas 1725. gadā, kad Francijā tika izgudrota perforētā lente, ko izmantoja stelles programmēšanai.
Ražošanas automatizācijas sākums notika 19. gadsimtā, kadFrancija sāka masveida automātisko stelļu ražošanu uz perfokartēm.
1913. gadā Henrijs Fords savā rūpnīcā uzstādīja pirmo montāžas līniju automašīnu montāžai. Vienas automašīnas montāža ilga aptuveni pusotru stundu. Protams, šī līnija vēl nebija pilnībā automatizēta, kā tas ir tagad, taču tā bija izeja uz kvalitatīvi jaunu ražošanas līmeni.
Oficiāli robotu izmantošana ražošanā sākas 1961. gadā, kad General Motors rūpnīcā Ņūdžersijā tika uzstādīts pirmais oficiāli ražotais manipulators. Šī iekārta darbojās ar hidrauliskām piedziņām un tika programmēta caur magnētisko cilindru.
Rūpnieciskās automatizācijas uzplaukums notika 1970. gados. 1970. gadā ASV tika izveidots pirmais modernā tipa manipulators izmantošanai rūpniecībā: tam bija elektriskās piedziņas ar sešām brīvības pakāpēm un tika vadīts no datora. Paralēli attīstība tika veikta Šveicē, Vācijā un Japānā. 1977. gadā tika izlaists pirmais Japānā ražotais robots.
80. gadu sākumā General Motors sāka automatizēt savu ražošanu, un jau 1984. gadā to sāka arī Krievija - AvtoVAZ iegūst licenci neatkarīgai robotu ražošanai no Vācijas uzņēmuma KUKA Robotics. Tomēr palma joprojām ir japāņiem - 90. gadu vidū Japānā bija koncentrētas divas trešdaļas no kopējā robotu skaita pasaulē, tagad tā ir aptuveni puse.
Šodien iedomājieties automobiļu rūpniecību un jebkuru citu in-lineražošana bez mehāniskiem palīgiem ir gandrīz neiespējama. Pirmo vietu ieņem automātiskās metināšanas iekārtas. Robotizētās lāzermetināšanas precizitāte ir milimetra desmitdaļas. Šāda ierīce spēj vienlaikus sagriezt metālu daļās.
Seko mehānismi, kas veic iekraušanas un izkraušanas darbības, sagatavju ievadīšanu mašīnās un gatavās produkcijas uzglabāšanu.
Trešā vietā automatizācijas ziņā ir kalšana un liešana. Šobrīd Eiropā gandrīz visas šādas darbnīcas ir robotizētas, jo darba apstākļi tur cilvēkiem ir ļoti sarežģīti.
Citas darbības, kurām tagad visbiežāk izmanto automātus, ir cauruļu locīšana, urbumu urbšana, frēzēšana un virsmas slīpēšana.
Kur mašīnas var aizstāt cilvēkus?
Atbilde uz jautājumu, vai cilvēkam vai robotam ir jādara tas vai cits darbs, slēpjas cilvēku un mašīnu atšķirībās. Šobrīd pat vismodernākās mašīnas darbojas saskaņā ar noteiktiem algoritmiem (lai gan dažreiz ļoti sarežģītiem), kas ir iepriekš iestatīti programmā. Viņiem nav brīvas gribas, izvēles brīvības, vēlmju, impulsu, nekā, kas nosaka cilvēka radošo komponentu.
Robots var veikt ļoti sarežģītu un precīzi darbu, tas spēj šo darbu veikt apstākļos, kādos cilvēks nenodzīvotu pat stundu. Bet viņš nevarēs uzrakstīt grāmatu vai scenāriju jaunai filmai, radīt gleznu, ja vien to iepriekš nav iestādījis kāds cilvēks.
Tāpēc profesijasradošs, kur svarīga ir oriģinalitāte, netradicionāla domāšana, protams, paliek cilvēkos. Robots var būt metinātājs, krāvējs, krāsotājs, pat astronauts, taču viņš nevar kļūt (vismaz pašreizējā attīstības stadijā) par rakstnieku, dzejnieku vai mākslinieku.
Vai mums jābaidās no robotiem?
Cilvēces galvenās bailes saistībā ar mašīnām ir bailes, ka tās, kļuvušas perfektas, kādu dienu pārtrauks paklausīt un sāks dzīvot savu dzīvi, pārvēršot cilvēkus par vergiem. Šīs bailes gāja roku rokā ar robotikas attīstību. Tas izpaužas gan mitoloģijā (piemēram, ebreju mīts par golemu, kas saceļas pret savu radītāju), gan mākslā. Slavenākās filmas ir "Matrica", "Terminators", daudzas grāmatas, kas stāsta par mašīnu sacelšanos. Karela Kapeka luga, kas deva dzīvību vārdam "robots", arī beidzas ar cilvēces paverdzināšanu no tās bijušo kalpu puses.
Tomēr pašreizējā zinātnes attīstības stadijā šīm bailēm nav nozīmes. Robotiem nav līdzīgas apziņas kā cilvēkam, tāpēc viņiem vispār nevar būt vēlmes, nemaz nerunājot par vēlmi pārņemt pasauli.
Lai reproducētu apziņu mašīnā, cilvēkam vispirms ir jāizdomā, kas ir viņa paša apziņa, kā un no kā tā veidojas. Atbilde uz šo jautājumu slēpjas cilvēka smadzeņu dziļumos, kas vēl nebūt nav pilnībā izpētīti.
Lai "saceltos", robotiem ir jāsaprot, kas ir pasaules kundzība un kāpēc viņiem tas ir vajadzīgs.
Un līdz šim jebkura,pat vissarežģītākā un perfektākā mašīna būtībā neatšķiras no virtuves kombaina vai kafijas dzirnaviņas. Tāpēc jautājums par to, kurš galu galā būs galvenais uz Zemes – robots vai cilvēks, pagaidām nav aktuāls.
