Поисковые роботы - как они работают и что делают. Как работают роботы-сапёры

Роботы сегодня находят множество применений. Одно из самых опасных — обезвреживание бомб. Уже почти полвека роботы-саперы спасают человеческие жизни. Их использовали для деактивации взрывных устройств в сотнях, если не тысячах, случаев.

Впрочем, говорить «робот-сапер» не совсем верно. В Оксфордском словаре значится: «Робот — механизм, способный автоматически выполнять сложную последовательность действий». Железные саперы не принимают решений и не работают автономно. Их лучше называть дронами, так как ими дистанционно управляет взрывотехник. В британской армии эту профессию называют «взрывной доктор». Специалист на расстоянии исследует взрывное устройство и, по возможности, деактивирует его. Это может быть не только бомба, но также мина или неразорвавшийся снаряд.

Ранние роботы-саперы управлялись при помощи громоздких кабелей (Getty Images)

Одним из первых саперных аппаратов была модель Wheelbarrow Mark 1. Проект предложил офицер британской армии Питер Миллер. Его идея заключалась в использовании шасси электрической тележки, чтобы отвозить подозрительные устройства на безопасное расстояние, где они могут быть взорваны.

Первый прототип довольно плохо маневрировал. К делу подключились военные инженеры и скоро усовершенствовали механизм. Одним из важных нововведений стала возможность испускать мощную струю воды.

Зачем нужна вода? Взрывотехники стараются деактивировать взрывчатое устройство и при этом не вызвать его детонацию. Струя воды помогает достичь этой цели: роботы-саперы прицельно поливают провода и выводят бомбы из строя. Некоторые устройства имеют дополнительную защиту, так что контакт с их «внутренностями» приводит к детонации. Именно поэтому к бомбам лучше посылать роботов, а не людей.

Роботы-саперы обследуют подозрительные устройства, не подвергая опасности личный состав (Getty Images)

«Когда оператор подводит робота к устройству, он ищет, куда можно выстрелить водяной струей, — говорит источник Би-Би-Си в британской армии. — Если робот стреляет и попадает в цель, провод выходит из строя. Взрывотехник может подойти и установить, что устройство безопасно. В современных операциях чаще всего удается избежать больших взрывов».

Роботы-саперы управляются операторами на безопасном расстоянии, ориентируясь по мониторам. Камеры устанавливают в нескольких местах аппарата, в том числе на механической «руке».

Изначально стальными саперами управляли с помощью веревок. Прогресс не стоит на месте, и скоро в дело пошли кабели. Но они не позволяли роботам уезжать далеко и цеплялись за препятствия. С той же проблемой сталкиваешься, когда орудуешь садовым шлангом. Сегодня большинство роботов-саперов контролируется дистанционно. Рабочий диапазон при этом значительно увеличивается. Однако появляется опасность, что хакеры подключатся к системе, даже несмотря на все защитные протоколы.

В Ираке роботов-саперов использовали для обезвреживания придорожных бомб (GettyImages)

Глава Эдинбургского центра робототехники профессор Сету Виджайакумар объясняет: «Обычно оператор теряет визуальный контакт с роботом-сапером, и кабели только мешают. В таких случаях работа с аппаратом напоминает управление беспилотником с небольшим диапазоном».

Интересно, что дизайн роботов-саперов не сильно изменился с момента их создания. Основная конструкторская идея сохранилась. Механизмы стали меньше и прочнее, но ими по-прежнему управляют операторы из плоти и крови. У каждого аппарата есть «рука» для манипуляции с подозрительным устройством.

Инженеры перепробовали множество вариантов шасси. Сначала аппараты оснащали гусеницами, как у танков. Сегодня роботы могу похвастаться маневренными гусеницами наподобие тракторных, тремя парами колес и множеством других комбинаций. Современные роботы-саперы могут ездить по самым сложным участкам. Некоторые даже умеют взбираться по ступенькам лестницы.

«Рука» робота-сапера дает большую свободу действий. Большинство аппаратов совместимы с целым спектром инструментов. Это позволяет преодолевать самые разные препятствия. Например, столкнувшись с колючей проволокой, робот может прорезать в ней дыру.

Учитывая, что роботы-саперы предназначены для работы в опасных условиях, их делают неуязвимыми для различных воздействий.

«Значительная часть средств уходит на создание электроники и датчиков достаточно прочных, чтобы выдержать самые жесткие условия, — говорит Виджайакумар. — Конечно, это не так, как в космосе, но похоже».

Некоторые из новейших моделей роботов-саперов могут подниматься по лестницам (GettyImages)

Роботы-саперы различаются по своим размерам. Есть разработки, которые умещаются в ранец и могут быть заброшены в здание через окно, а есть аппараты с габаритами газонокосилки, вооруженные рентгеновским зрением и датчиками взрывчатки.

Эволюционировали и контрольные системы. Ранее требовалось проходить специальную подготовку, чтобы управлять аппаратами. Сегодня для манипулирования роботом-сапером годится даже контроллер игровой приставки: компания iRobot, подарившая миру робот-пылесос Roomba, демонстрировала такую возможность для своего военного робота PackBot.

На сегодняшний день тестируется множество ноу-хау в этой области. Есть прототипы, способные прыгать через стены (Sand Flea от Boston Dynamics). Есть варианты с двумя «руками», способные заглядывать в багажники автомобилей. Также прорабатываются варианты с использованием целых роботизированных команд, где каждое устройство берет на себя часть функций.

Виджайакумар резюмирует: «Одна из главных целей — использовать роботов в опасных ситуациях. Роботов можно подвести к взрывному

Будников Константин Андреевич

Цель работы – оценить вклад создания роботов, изучить устройство простого робота и условия, при которых он работает.

Задачи исследования:

Изучить литературу по теме «Роботы»;

Узнать об истории изобретения роботов;

Провести опыты по изучению работы роботов.

Методы:

- теоретический анализ различных источников информации;

Постановка опытов;

Обработка материалов эксперимента;

Наблюдение;

Проведя исследование, я сделал выводы, что роботы не способны заменить человека. Но они могут избавить людей от тяжелой и скучной работы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ДЛЯ ДЕТЕЙ ДОШКОЛЬНОГО И МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА – ДЕТСКИЙ САД №43

Городское соревнование юных исследователей «Шаг в будущее – Юниор»

Роботы. Как они устроены

Учебно - исследовательская работа

Исполнитель: Будников Константин Андреевич, ученик 4 – В класса МОУ НШ-ДС №43

Руководитель: Басманова

Елена Геннадьевна,

Учитель начальных классов МОУ НШ-ДС №43

Сургут, 2011

Введение…………………………………………………………………….3

1.1. История создания первых роботов ………………………………....4

1.2. Преимущества и недостатки изобретения роботов…….……...5

1. Виды роботов………………………………………………..………..6

1. Устройство роботов……………………………………………….7

Глава 2. Опытно – экспериментальное исследование ……….……..10

Заключение……………………………………………………………......11

Список источников……………………………………………… …….12

Введение

Процесс научных открытий -

Это, в сущности,

непрерывное бегство от чудес.

Цель работы – оценить вклад создания роботов, изучить устройство простого робота и условия, при которых он работает.

Задачи исследования:

Изучить литературу по теме «Роботы»;

Узнать об истории изобретения роботов;

Провести опыты по изучению работы роботов.

Методы:

- теоретический анализ различных источников информации;

Постановка опытов;

Обработка материалов эксперимента;

Наблюдение;

Анализ.

Для проведения исследований мы использовали одну микросхему драйвера моторов и два фотоэлемента.

Глава 1. Роботы: история создания, использование человеком

1.1. История создания роботов

Ро́бот - аппарат, способный самостоятельно взаимодействовать с внешним миром и обладающий искусственным интеллектом или его зачатками. Обычно представляется в виде механического человека, реже предполагается колёсный робот или неантропоморфный. Часто роботами в рекламных целях или по незнанию называют автоматы и удалённо управляемые людьми устройства. Человекоподобный робот зовётся андроидом.

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

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.

Самый древний в истории механический человек был сделан в 1540 году итальянцем Джанелло Делла Торре. Для развлечения императора Карла V он смастерил лютнистку, которая умела ходить и извлекала из своего инструмента звуки. Спустя два века швейцарский часовщик Пьер Жакке- Дроз продолжил работу начатую Делла Торре. Он конструировал красивейшие автоматы, которые функционировали за счет пружинного механизма, похожего на часовой.

Активное производство роботов началось в 1970-е годы. Прежде всего, они стали использоваться в производстве, для выполнения однообразных (и часто опасных) операций. Больше всего промышленных роботов используется в автомобильной промышленности, где они работают на штамповочных и сварочных участках, в покрасочных камерах, на сборке. Разумеется, роботы не могли сразу заменить людей в промышленности, но доля человеческого труда в производстве с тех пор неуклонно сокращается. Полностью автоматизированные фабрики, такие как фабрика IBM для сборки клавиатур в Техасе, называются "фабрики без освещения". Люди там уже не нужны: абсолютно всё производство, от момента выгрузки материалов и до получения готовой продукции у погрузочных ворот, полностью роботизировано и может работать круглосуточно и без выходных.

1.2 Преимущества и недостатки изобретения роботов

Роботы обладают следующими потенциальными преимуществами перед людьми:

1. теоретическая бессмертность - если какая-то деталь робота изнашивается, её легко заменить новой;
2. потенциальная приспособленность к любым условиям обитания, где материалы, из которых сделан робот, будут находиться в стабильном состоянии;
3. легкость получения новых особей - можно собирать промышленным способом;
4. легкость обучения - достаточно скопировать программу другого робота в нового робота;
5. робота можно отключить, если он не нужен, и хранить в таком виде.

Однако пока у роботов по сравнению с людьми более проявляются недостатки:

1. изготовление более-менее универсального и надёжного робота обходится слишком дорого;
2. настоящий искусственный интеллект не создан.

Очевидно, вследствие технического прогресса цена робота, выполняющего один и тот же набор функций, должна снижаться. Поэтому следует ожидать исчезновения первого указанного недостатка со временем. Второй же недостаток - отсутствие искусственного интеллекта - вполне может оказаться непреодолимым хотя бы потому, что мы не знаем, как работает интеллект естественный, и не факт, что когда-либо узнаем.

1.3. Виды роботов

Промышленные роботы

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

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

По всей видимости, оружие, используемое сегодня, понемногу теряет эффективность и актуальность в борьбе с врагом. Или же оно не настолько универсально и функционально, если ученые не перестают искать оружие, поражающее воображение тонкостью, миниатюрными размерами и смертельной опасностью. Израильские ученые взялись за разработку проекта, предусматривающего с помощью нанотехнологий создать роботов по размерам меньше обычной осы, которые будут способны выследить, сфотографировать и убить жертву. Также, применение нанотехнологий позволит сделать процесс слежки и атаки вражеских объектов более скрытным и опасным.

Роботы-учёные

Первые роботы-учёные Адам и Ева были созданы в рамках проекта Robot Scientist университета Аберистуита и в 2009 году одним из них было совершено первое научное открытие.

Роботы 1-го поколения были большими механическими «рабочими», предназначенными для тяжелой промышленности. Но потом, благодаря развитию и совершенствованию технологии, родилась новая серия роботов, более умелых и в то же время более похожих на тех, которых придумали за долго до этого литератора и кинематографисты. Это – так называемые «антропоморфные», то есть похожие на человека, роботы, которые делают то, на что не способны промышленные механизмы. Можно привести несколько примеров: они ходят, звонят по телефону и даже играют в настольный теннис.

Роботы игрушки

Многие крупные фирмы, специализирующиеся на производстве игрушек, работают над ними и уже представили общественности эти разработки. Среди роботов «сделай сам» – управляемый дистанционно футболист, робот-паук, который замечает препятствия, и другой, двигающийся под воздействием изменения освещения. Самый большой называется 65 230 , состоит из 400 деталей и снабжен 5 электродвигателями.

1.4. Устройство роботов

Так как же устроен робот? Что помогает ему двигаться? Их каких деталей он состоит?

Роботам требуются портативные аккумуляторы чрезвычайно высокой ёмкости, характеристики которых превосходят имеющиеся на рынке образцы. Проблемы адекватного энергообеспечения роботов не решены до сих пор. Решением могут стать атомные установки и , которые используются на космических зондах для дальних перелётов, с такими аккумулятором робот сможет работать 50-100 лет без зарядки

Также необходимы роботу двигатели. В наше время в качестве двигателей часто используются шаговые электродвигатели и сервоприводы .

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

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.

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

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 вакуумными присосками.

Робот « BigDog » (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 робот Asimo ходит на двух конечностях, подобно человеку. Так же известны роботы, подражающие движениям живых организмов.

Технология подзарядки

Разработаны технологии, позволяющие роботам самостоятельно осуществлять подзарядку, находя и подсоединяясь к стационарной зарядной станции.

Математическая база

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трехмерном мире: робот-собака Aibo (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 окружающими предметами. Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.

Глава 2. Опытно – экспериментальное исследование создания робота

Я попробовал сделать робота. Использовал одну микросхему драйвера моторов и два фотоэлемента. В зависимости от способа соединения моторов, микросхемы и фотоэлементов мой робот будет двигаться на свет или, наоборот, прятаться в темноту, бежать вперед в поисках света или пятиться, как крот, назад.

Принцип поведения робота основывается на "фоторецепции". В живой природе, которой будет подражать наш робот, фоторецепция - одно из основных фотобиологических явлений, в котором свет выступает как источник информации.
Устройство робота, двигающегося вперед, когда на него падает луч света, и останавливающегося, когда свет перестает его освещать - называется фотокинезисом - ненаправленным увеличением или уменьшением подвижности в ответ на изменения уровня освещённости.
В устройстве робота, кроме микросхемы драйвера моторов L293D , будет использоваться только один фотоэлемент и один электромотор. В качестве фотоэлемента можно применить не только фототранзистор.

Заключение

Проведя исследование, я сделал выводы, что роботы не способны заменить человека. Но они могут избавить людей от тяжелой и скучной работы.

Список источников

1. Космонавтика. Малая энциклопедия. Гл. редактор В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1970. 527c.

2. Энциклопедия Космонавтика. Гл. ред. В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1985. 526c.

3. Дитрих А.К. Почемучка. – М.:АСТ, 2004, 335с.

4. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов.- М.:Эксмо, 2002, 512с.

5. Я познаю мир: Детская энциклопедия.: Изобретения._ М.: АСТ, 1999, 512с.

6. Я познаю мир: Детская энциклопедия: История вещей. – М.:АСТ, 1998, 512с. Слайд 2

Задачи исследования: - изучить литературу по теме «Роботы»; - узнать об истории изобретения роботов; - провести опыты по изучению работы роботов. Методы: - теоретический анализ различных источников информации; - постановка опытов; - обработка материалов эксперимента; - наблюдение; - анализ.

Ро́бот - аппарат, способный самостоятельно взаимодействовать с внешним миром и обладающий искусственным интеллектом или его зачатками.

Кто первый создал механического человека? 1540 год - итальянец Джанелло Делла Торре

Промышленные роботы

Бытовые роботы

Военные роботы

Для передвижения используют колёсную или гусеничную, реже - шагающую систему передвижения роботов.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОДЗАРЯДКИ

ВЫВОД: Проведя исследование, я сделал выводы, что роботы не способны заменить человека. Но они могут избавить людей от тяжелой и скучной работы.

Список источников 1. Космонавтика. Малая энциклопедия. Гл. редактор В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1970. 527c. 2. Энциклопедия Космонавтика. Гл. ред. В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1985. 526c. 3. Дитрих А.К. Почемучка. – М.:АСТ, 2004, 335с. 4. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов.- М.:Эксмо, 2002, 512с. 5. Я познаю мир: Детская энциклопедия.: Изобретения._ М.: АСТ, 1999, 512с. 6. Я познаю мир: Детская энциклопедия: История вещей. – М.:АСТ, 1998, 512с. 7. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика\Сост. А.А. Леонович. – М.:АСТ, 1996, 480 с. 8. http://www.e-blog.com.ua/8854/

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

• R2D2 и C-3PO : умные говорящие роботы с ярко выраженной индивидуальностью из фильмов серии «Звездные войны»
• AIBO от Sony: собака-робот, которая обучается в процессе взаимодействия с людьми
• ASIMO от Honda: робот, который может ходить на двух ногах
• Промышленные роботы : автоматизированные машины, работающие на сборочных конвейерах
• Дейта : почти человекоподобный андроид из «Звездного пути»
• Роботы-саперы
• Марсоходы NASA
• HAL : бортовой компьютер из «Космической Одиссеи 2001 года» Стэнли Кубрика
• MindStorm : популярный роботизированный комплект от LEGO

Все вышеперечисленное можно назвать роботами. Роботом, как правило, называется то, что люди считают роботом. Большинство робототехников (людей, которые делают роботов) использует более точное определение. Они указывают, что роботы обладают перепрограммируемым мозгом (компьютером), который движет тело.

Согласно этому определению, роботы отличаются от других подвижных машин вроде автомобилей, поскольку у них есть компьютерный элемент. У большинства новых автомобилей есть бортовой компьютер, но в него можно внести не так много нового. Вы управляете большинством элементов в автомобиле непосредственно при помощи механических устройств разного рода. Роботы отличаются от обычных компьютеров по своей физической природе - у обычных компьютеров нет физического тела, они могут существовать и без него.

Основы роботов

У подавляющего большинства роботов действительно есть общие черты. Прежде всего, почти у всех роботов есть подвижное тело. Некоторые обладают только моторизованными колесами, у других есть десятки подвижных сегментов, как правило, из металла или пластика. Как кости в вашем теле, отдельные сегменты соединяются вместе с помощью суставов.

Колеса робота и поворотные суставные сегменты активизируются при помощи приводов разного рода. Некоторые роботы используют электродвигатели и соленоиды в качестве актуаторов (приводов); некоторые используют гидравлическую систему; некоторые - пневматическую систему (на основе сжатых газов). Роботы могут использовать все эти типы приводов.

Робот нуждается в источнике питания, чтобы управлять этими приводами. Большинство роботов либо оснащены батареей, либо работают от розетки. Гидравлическим роботам нужен насос для создания давления в гидравлической системе, а пневматическим роботам нужен воздушный компрессор или баллоны со сжатым воздухом.

Все приводы подключаются к электрической цепи. Цепь напрямую питает электродвигатели и соленоиды, что активизирует гидравлическую систему при помощи электрических клапанов. Клапаны направляют сжатую жидкость через машину. Для перемещения гидравлической ноги, например, оператор робота должен открыть клапан, ведущий от жидкостного насоса к поршневому цилиндру, закрепленному на ноге. Жидкость под давлением будет двигать поршень, толкая ногу вперед. Чтобы двигать конечностями в обоих направлениях, роботы используют поршни, которые могут толкаться в обе стороны.

Компьютер робота управляет всем, что подключено к цепи. Чтобы передвигать робота, компьютер активирует все необходимые двигатели и клапаны. Большинство роботов можно перепрограммировать, чтобы изменить поведение - достаточно просто ввести новую программу в компьютер.

Не у всех роботов есть система сенсоров, и лишь некоторые обладают способностью видеть, слышать, чувствовать запах или вкус. Самая распространенная способность робота - способность ходить и наблюдать за своим перемещением. Стандартная конструкция использует колеса с щелью в суставах робота. Светодиод на одной стороне колеса пускает луч света через щель, чтобы подсветить датчик света на другой стороне колеса. Когда робот движет определенным суставом, колесо с щелью крутится. Щель разбивает луч света по мере вращения колеса. Световой датчик считывает поведение светового луча и передает данные на компьютер. Компьютер точно может сказать, как вращается сустав в определенной модели. По тому же принципу работает компьютерная мышь.

Это основы робототехники. Робототехники могут комбинировать эти элементы в бесконечное число способов создания роботов неограниченной сложности.

Роботизированный манипулятор

Термин «робот» пришел к нам от чешского слова «robota», что означает буквально «принудительный труд». В принципе, это слово отлично описывает большинство роботов. Чаще всего роботы делают тяжелую работу, монотонно трудятся на производстве. Также они решают задачи, которые сложны, опасны или скучны для людей.

Наиболее распространенный вид робота - это роботизированный манипулятор. Типичный манипулятор состоит из семи металлических сегментов, соединенных шестью суставами. Компьютер управляет роботом, вращая отдельные шаговые двигатели, подключенные к каждому суставу (некоторые крупные манипуляторы используют гидравлику или пневматику). В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели двигаются точными шажками. Это позволяет роботу перемещать руку очень точно, в точности повторяя одно и то же движение снова и снова. Робот использует датчики движения, чтобы убедиться, что совершает движения правильно.

Промышленный робот с шестью суставами напоминает человеческую руку - у него есть подобия плечу, локтю и запястью. Как правило, плечо установлено на неподвижной базовой структуре, а не на подвижном теле. У такого типа робота есть шесть степеней свободы, то есть он может поворачиваться в шести разных направлениях. Для сравнения, человеческая рука имеет семь степеней свободы.

Задача вашей руки - перемещаться с места на место. Аналогичным образом, задача манипулятора - перемещать концевой эффектор с места на место. Вы можете оснастить манипулятор разными концевыми эффекторами, предназначенными для конкретных задач. Один из распространенных эффекторов - упрощенная версия руки, которая может хватать и переносить разные объекты. Манипуляторы часто обладают встроенными датчиками давления, которые предписывают компьютеру, с какой силой захватывать конкретный объект. Это позволяет роботу не ломать все, что он хватает. Другие конечные эффекторы включают паяльные лампы, дрели и распылители порошка или краски.

Промышленные роботы предназначены для того, чтобы делать одни и те же вещи, в контролируемой среде, снова и снова. Например, робот может закручивать колпачки на тюбиках с зубной пастой. Чтобы научить робота делать это, программист описывает порядок движения, используя ручной контроллер. Робот записывает последовательность движений в память и делает это снова и снова, когда новый продукт поступает на конвейер.

Большинство промышленных роботов работает на конвейерах, собирая автомобили. Роботы делают это более эффективно, чем люди, поскольку более точны. Они всегда сверлят в одном и том же месте, затягивают болты с одной и той же силой, независимо от того, сколько часов проработали. Сборочные роботы также важны для компьютерной отрасли. Весьма сложно точно собрать крошечный микрочип силами человека.

Мобильные роботы

Манипуляторы весьма просто собрать и написать для них программу, поскольку они работают в ограниченном пространстве. Но все становится немного сложнее, если вы отправляете робота в мир.

Первое препятствие заключается в том, чтобы дать роботу рабочую систему передвижения. Если робот будет двигаться только по гладкой земле, колеса или гусеницы будут лучшим вариантом. Колеса или гусеницы также могут работать на грубой земле, если будут достаточно большими. Но чаще всего робототехники задумываются о ногах, поскольку их легче адаптировать. Строительство роботов с ногами также помогает ученым понимать естественное движение - полезное упражнение для биологов.

Как правило, гидравлические или пневматические поршни перемещают ноги робота вперед и назад. Поршни крепятся к разным сегментам ног так же, как мышцы крепятся к разным костям. Но заставить все эти поршни работать должным образом - сложная задача. Когда вы были ребенком, ваш мозг пытался выяснить, как нужно точно двигать мышцами, чтобы стоять на двух ногах и не падать. Аналогичным образом, конструктор робота должен определить правильную комбинацию поршневых движений, участвующих в ходьбе и запрограммировать эту информацию в компьютер робота. Многие мобильные роботы оснащены встроенной системой баланса (набором гироскопов, например), которая подсказывает компьютеру, когда нужно исправить движение.

Прямохождение (ходьба на двух ногах) - довольно нестабильно, поэтому ему сложно научить роботов. Чтобы создать стабильного робота-ходока, конструкторы часто наблюдают за миром животных, особенно насекомых. Шестиногие насекомые обладают невероятно хорошим балансом и адаптируются к широкому набору местностей.

Некоторые мобильные роботы управляются дистанционно - человек говорит им, что делать и когда. может осуществляться с помощью провода, радио или инфракрасных сигналов. Роботы с удаленным управлением часто называются кукольными роботами, и они полезны для работы в опасных или труднодоступных условиях - например, в глубокой воде или в жерле вулкана. Некоторые роботы управляются дистанционно лишь отчасти. Например, оператор может отправить робота в определенное место, а обратно робот уже сам найдет дорогу.

Как видите, роботы чертовски похожи на нас.

Под понятием интернет и школа я понимаю не только интернет, но и развивающиеся инновационные технологии. Так, скажем, технологии будущей и настоящей школы. В первую очередь это, конечно же, роботы. Люди очень увлечены идеей вдыхания жизни в другое существо. Возможно, все потому, что роботы - удивительные создания. На эту идею меня вдохновил мультфильм «Город героев», в котором рассказывается о Юном Хиро Хамада — прирожденном изобретателе и гении конструирования роботов. Вместе со старшим братом Тадаши они воплощают в жизнь самые передовые идеи в Техническом университете города будущего Сан-Франсокио. После серии загадочных событий друзья оказываются в центре коварного заговора. Отчаявшись, Хиро решает использовать веселого и добродушного экспериментального робота Бэймакса, перепрограммировав его в неуязвимую боевую машину. И ведь,вправду, Бэймакса - удивительный робот, Бэймакс был создан, чтобы заботиться о людях. Этот надувной робот-медбрат с помощью встроенного сканера может измерить температуру тела или давление, оценить уровень боли и вылечить практически любой недуг. Сконструированный Тадаши, Бэймакс стал настоящим прорывом в области прикладной медицины, а для Хиро — лучшим другом.

Я решила узнать как можно больше о роботах. И вот что у меня получилось.

Робот — автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков (аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором (получать от него команды), так и действовать автономно. У роботов существует 3 закона:

1 - робот не может действием или бездействием принести вред человеку.

2 - робот обязан выполнять все команда человека, кроме тех, что противоречат 1 закону.

3 - робот обязан охранять себя в той мере, в какой это не противоречит 1 и 2 законам.

Раньше я никогда не понимала, почему люди ими так восхищаются? Обычная железяка делает различные функции. Но, разобравшись с внутренним строением роботов и функциями, которые они могут выполнять, я больше так не думаю.

Существует 3 основных типа роботов: механические, биороботы и нанороботы. Я нашла 20 видов роботов (которые происходят от основных): аптечный робот, андроид (человекообразный робот), промышленный робот, транспортный робот, подводный робот, бытовой робот, боевой робот, зооробот, летающий робот, медицинский робот, микроробот, персональный робот, робот-артист, робот-художник, робот-игрушка, робот-официант, робот-хирург, робот-экскурсовод, социальный робот, шаробот.

Всех их объединяет то, что все они человекоподобные. Одним словом, чем больше робот похож на живое существо, тем он лучше. Многие ученые пытаются создать из кучи проводов, железа, пластика и компьютера - живое существо. С каждым годом человечество все ближе подходит к завершению этой цели. Самым человекообразным роботом является андроид (к примеру, Asim).

Чтобы разобраться, как устроены роботы, я предлагаю сравнить его с человеческим строением.

И так человек состоит из:

• Структуры тела;
• Системы мышц (которые приводят тело в движение);
• Системы органов чувств (которая получает информацию о теле и окружающей среде);
• Источника энергии (который питает мышцы и органы чувств);
• Мозговой системы (которая обрабатывает информацию от органов чувств и дающая указания мышцам);

Робот состоит из:

• Подвижной физической структуры;
• Двигателя;
• Системой сенсоров (органов чувств);
• Блока питания;
• Компьютерного «мозга» (который контролирует все эти элементы);

Подвижной физической структурой у роботов, является система передвижения .

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсный или гусеничный движитель (примерами подобных роботов могут служить Warrior и PackBot). Реже используются шагающие системы (примерами подобных роботов могут служить BigDog и Asimo). 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 роботы передвигаются вдоль монорельсов , по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным или вертикальным плоскостям, по трубам используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками . Также известны роботы, использующие принципы движения живых организмов — змей, червей, рыб, птиц, насекомых и других; соответственно, говорят о ползающих , инсектоморфных (от лат. Insecta ‘насекомое’) и других типах роботов бионического происхождения.

Так же в подвижную физическую структуру робота входят исполнительные органы - это манипуляторы, с помощью которых робот может воздействовать на окружающие его предметы. Причем по своей структуре это сложные технические устройства, по аналогии с живыми организмами - это руки и ноги робота.

Двигатели

В настоящее время обычно используются двигатели постоянного тока , двигатели внутреннего сгорания , шаговые электродвигатели и сервоприводы .

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

Система сенсоров (органов чувств)

Системы распознавания 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).

Математическая база

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трёхмерном мире: робот-собака Aibo под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец, самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами (погремушками в детском манеже). Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.

Навигация

Системы построения модели окружающего пространства по ультразвуку или сканированием лазерным лучом широко используются в гонках роботизированных автомобилей (которые уже успешно и самостоятельно проходят реальные городские трассы и дороги на пересечённой местности с учётом неожиданно возникающих препятствий).

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.

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.

Датчики

Датчики - это системы технического зрения, слуха, осязания, датчики расстояний, локаторы. Устройства, которые позволяют получить информацию из окружающего мира.

Блок питания роботов - источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов робота электрической энергией постоянного тока, путём преобразования напряжения до требуемых значений.

Технология подзарядки

Разработаны технологии, позволяющие роботам самостоятельно осуществлять подзарядку, находя и подсоединяясь к стационарной зарядной станции. В настоящий момент в разных лабораториях проходят испытания различных систем, обеспечивающих бесконтактную подзарядку аккумуляторов в помещениях (например, направленным мощным инфракрасным лазером или индукционным принципом).

Компьютерный мозг

Система управления (компьютерный мозг) - это мозг робота, который должен принимать информацию от датчиков и управлять исполнительными органами.

Интеллектуальность робота - это способность системы решать задачи, сформулированные в общем виде . Робот сам справляется с задачей, без помощи оператора.

Но не все компьютеры владеют подобной системой. Многими роботами управляет оператор (человек). Как радиоуправляемой машинкой - при помощи специального пульта для управления. Так же, робот может быть управляем с помощью компьютера. Оператор садится за компьютер, отправляет команды через компьютер к роботу, а робот выполняет ее.

Недавно в Японии открылся отель Henn-na (Henn-na Hotel), в котором 90% работ выполняют роботы и 10 человек справляются с оставшимися 10% всех дел. Роботов, выпущенных компанией Kokoro, называют актроидами. Они умеют приветствовать и заселять гостей, устанавливая с ними зрительный контакт и реагируя на движения. Некоторые могут общаться на иностранных языках.

Отель Henn-na, что дословно переводится с японского на английский как «странный отель», использует и других роботов, кроме актроидов, например человекоподобных роботов Нао (NAO) и Пеппер (Pepper) от компании Aldebaran Robotics. Роботы встречают гостей у входа и на стойке регистрации, помогают им снять пальто и относят сумки, убираются в комнатах.

Отель Henn-na не единственный в своём роде. В Нью-Йорке существует YOTEL, в котором роботы заботятся о вещах гостей, делают кофе, приносят бельё, убирают номера и выполняют ещё много другой работы.

А в прошлом году гостиничный гигант Starwood представил роботов, которых назвал Botlrs. Обслуживая гостей, эти роботы могут передвигаться по отелю и в лифтах без человеческой помощи. С 1992 года роботы помогают в больницах: разносят подносы с едой и лекарствами, стирают постельное бельё, выкидывают мусор. В сети гипермаркетов Lowe’s робот OSHbot помогает покупателям отыскать нужный товар.

Amazon использует более 15 000 роботов на своих складах, чтобы вовремя доставлять заказы. Даже армия США планирует заменить десятки тысяч солдат роботами. В прошлом году в Бирмингемском университете появился первый робот-охранник Боб высотой 1,8 метра, который сканирует комнаты и сигнализирует, если видит что-то необычное. Если Боб где-то застревает, он может позвать на помощь, а если разряжается - самоcтоятельно отправляется на подзарядку.

Роботы способствуют повышению продуктивности удалённых работников. В бизнес-школе Массачусетского технологического института те сотрудники, которые работают из дома, могут «разгуливать» по офису и общаться с коллегами при помощи роботов.

Как повсеместное внедрение роботов повлияет на нас

Роботы всё чаще появляются рядом с нами на работе, так не отнимут ли они совсем рабочие места? Некоторые считают, что из-за повсеместного внедрения роботов люди могут оказаться на улице. В 2013 году в Оксфорде провели исследование, согласно которому 47% существующих ныне работ повышенного риска будут вскоре автоматизированы. В течение 20 лет люди на этих местах будут заменены роботами.

Однако существует и другое мнение: отдав машинам тяжёлую работу, люди смогут посвятить себя более интересным и высокотехнологичным занятиям. Так считает и Дэвид Канн, глава Double Robotics, компании, которая создала роботов, используемых в Массачусетском технологическом институте.

Роберт Аткинсон, экономист аналитического центра Фонда технологического развития и инноваций, утверждает: выводы о том, что роботы отнимут рабочие места, основаны на крайне поверхностном анализе ситуации. По сути же происходит обратное: внедрение роботов снижается. Аткинсон объясняет это падение двумя причинами:

1. Тридцать лет назад США гораздо активнее инвестировали в развитие роботостроения и программного обеспечения, нежели сейчас.
2. Низко висящие фрукты вроде автоматов регистрации в аэропорту уже сорваны.

Третьей причиной, по мнению Аткинса, можно назвать то, что в США не существует политики развития продуктивности.

Они могли сделать многое, чтобы повысить уровень производительности в стране, но ничего даже не планируют. В отличие, например, от Австралии, где есть Национальная комиссия по повышению производительности, работа которой заключается в выявлении возможностей роста. А мы только предполагаем, что должно произойти…

А компаниям выгоднее нанимать людей с низкой заработной платой, нежели автоматизироваться. Стимула для замены сотрудников роботами нет никакого. Вот если бы людям нужно было платить больше, тогда компании задумались бы о роботизации.

Допустим, если большинство представителей низкооплачиваемых профессий потребуют повышения зарплаты, как это сделали в Нью-Йорке работники заведений фастфуда, тогда процесс автоматизации ускорится.

Вот что говорит по этому вопросу Гарри Матиасон, президент юридической компании Littler Mendelson, которая специализируется на вопросах трудового права в связи с роботизацией.

Прогресс есть. В Нью-Йорке работники фастфуда уже добились того, что минимальная зарплата теперь будет $15 в час. Вскоре работодателям будет экономически выгодно перекладывать часть работы на роботов. Соответственно, это ускорит процесс повсеместной автоматизации. Таким образом, увидеть роботов повсюду в ближайшие пять лет мы сможем, если будем сами проявлять экономическую активность.

Гарри Матиасон

Роботы могут отнять нашу работу, но это не плохо

Как и Аткинсон, Матиасон считает, что причин для беспокойства нет. Он объясняет, что автоматизация 47% рабочих мест повышенного риска не имеет ничего общего с безработицей.

Начнётся перемещение людей на те должности, которых нет сейчас, но они появятся в будущем. Если мы обратимся к истории, то увидим, что подобная ситуация уже была. Тогда всё происходило не так стремительно, как сейчас, но тем не менее прецеденты имелись. К слову, в 1870 году сельским хозяйством зарабатывало 70–80% населения, а сейчас всего 1%.

И, кстати, снова обращаясь к истории, можно увидеть, что при появлении новых технологий на производстве безработица всегда оставалась на прежнем уровне или даже уменьшалась. Мне очень хочется посмотреть, что произойдёт в течение ближайших 10 лет: для людей на первом месте будет стоять не угроза безработицы, а возможность научиться чему-то новому. И если человек 10 лет выполнял одну низкоквалифицированную работу, так, возможно, необходимость карьерного роста будет ему только в радость.

Гарри Матиасон

Матиасон обещает, что нас ждут увлекательные времена. Придётся вносить поправки в Трудовой кодекс, отвечая на вопросы, связанные с взаимодействием людей и роботов. Например, как регулировать распространение личной информации, ведь роботы будут записывать то, что слышат.

Несмотря на то что неизвестно, насколько быстро проникнет роботизация во все сферы, нет никаких сомнений в том, что это случится. И пока одни продолжают бояться потерять рабочее место, другие мечтают о том, как это улучшит экономику в целом и благосостояние каждого человека. Производительность компаний будет расти, они будут больше зарабатывать и смогут больше платить работникам.

Однако один из споров до сих пор не разрешён: каково это, когда на ресепшене отеля тебя встречает актроид, который жутко похоже имитирует человеческие жесты…