Мировой рынок и тренды развития робототехники (стр. 2 )

Одна из первых компаний по производству MSM – «CRL» (Central Research Laboratories) – была основана в 1945 году, а первый ее MSM – «Model 1» – был представлен комиссии по атомной энергетике США уже в 1949 году.

Часто в литературе выделяют несколько поколений роботов. Однако, это имеет непрямое отношение к развитию технологий [13]. К роботам первого поколения обычно причисляют все копирующие и программируемые манипуляторы. Такие машины выполняют жесткую программу и чаще называются промышленными роботами. Роботы второго поколения оснащены датчиками для выполнения более интеллектуальных функций. Наконец, к роботам третьего поколения относятся автономные мобильные роботы с самостоятельной адаптивной программой. Примерами роботов I, II и III-го поколений будут, соответственно:

·  линия для автоматической сварки и покраски кузовов;

·  автоматическая линия по сортировке яблок по спелости и

·  научно-исследовательские проекты для космоса и поиска новых решений.

Таким образом, это несколько отличается от поколений ЭВМ, поскольку ЭВМ разного поколения отличаются элементной базой, а роботы – возможностями. ЭВМ первого поколения можно увидеть разве что в музее, в то время как роботы разных поколений успешно работают вместе и нет особых причин для вымирания промышленных роботов с жесткой программой. Сам термин промышленный робот впервые появился на страницах американского журнала «American metal & market» в 1960 году.

Датой рождения первого по-настоящему серьезного робота, о котором услышал весь мир, можно считать 18 мая 1966 года. В этот день Григорий Николаевич Бабакин, главный конструктор машиностроительного завода имени в подмосковных Химках подписал головной том аванпроекта E8. Это был «Луноход-1», луноход 8ЕЛ в составе автоматической станции E8 № 000, – первый в истории аппарат, успешно покоривший лунную поверхность 17 ноября 1970.

Общая масса первого лунохода составляла 756 кг, его длина с открытой крышкой солнечной батареи 4,42 метра, ширина 2,15 метра, высота 1,92 метра. Он был рассчитан на 3 месяца работы на поверхности Луны.

Рисунок 3 – Аппарат «Луноход-1», производство СССР

В действительности же «Луноход-1» проработал в три раза дольше, проехал 10 540 м и передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий. Это была настоящая победа! В 1968 году в Станфордском Исследовательском Институте (SRI, Stanford Research Institute) создают «Shakey» – первого мобильного робота с искусственным зрением и зачатками интеллекта. Устройство на колесиках решает задачу объезда возможных препятствий – различных кубиков. Исключительно на ровной поверхности, т. к. робот очень неустойчив. Самое примечательное, что «мозг» робота занимает целую комнату по соседству, общаясь с «телом» по радиосвязи.

Рисунок 4 – Shakey, первый робот SRI, 1968 г.

Исследования устойчивости приводят к работам над динамическим равновесием роботов, в результате чего получаются роботы-лошади и даже несколько роботов на одной ноге, – чтобы не упасть, им приходится постоянно бегать и подпрыгивать.

Начинается эра исследования устойчивости и проходимости. В это время появляется множество роботов для исследования других планет и, конечно, ведения боевых действий в пустыне.

Роботостроение в Японии начинается в 1928 году, когда под руководством доктора НисимуроМакото был создан робот, названный «Естествоиспытатель» [14]. Оснащенный моторчиками, он мог менять положение головы и рук. А 21 ноября 2000 года на первой в истории выставке ROBODEX в городе Йокохама, Япония, TokyoSony Corporation представляет своего первого человекоподобного робота "SDR-3X":

Рисунок 5 – Человекоподобный робот SDR-3X от Sony

По-настоящему серьезным прорывом на пути к созданию роботов стало изобретение принципа управляющих программ. Первые экземпляры калькуляторов – механических устройств для счета – не использовали никаких устройств для автоматизации управления. Считающие часы Вильгельма Шикарда (1623) и «Паскалина» Блеза Паскаля (1642) использовали для ввода чисел колесики на каждый десятичный разряд – эти машины создавались для пошагового счета, а не для обработки массивов данных. В своих письмах к Иоганну Кеплеру, Шикард писал о том, как можно использовать его машину для астрономических расчетов. Машина Паскаля не прижилась из-за неудобной денежной системы Францииhttp://www. cleverence. ru/articles/robotics. php - _ftn20. А уникальная счетная машина Лейбница (1673), которую он решил строить, погостив в астрономической обсерватории Христиана Гюйгенса, уже позволяла умножать и делить «поскольку это недостойно таких замечательных людей, подобно рабам, терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машины». Но из-за своей чрезвычайно сложной конструкции и частых поломок она также не получила распространения.

Все это были первые устройства, предназначенные для автоматизации умственной деятельности человека.

В 1741 году Жак де Вокансон, создавший механическую утку, приступил к модернизации французской текстильной промышленности. Будучи всю жизнь часовым мастером, Вокансон был близко знаком с принципом музыкальных барабанов для механических фортепиано и музыкальных часов. Так в 1743 году впервые был создан полностью автоматический ткацкий станок, использующий в качестве программы металлические карточки.

Почти через полвека Жозеф Мари Жакард (1752-1834) прочел статью Вокансона о применении перфокарт в ткацком деле и ухватился за эту идею, что позволило ему к 1801 году создать первый полностью автоматический ткацкий станок, способный ткать сложные типы полотна, а также снискать себе славу изобретателя станков вообще.

Этот станок был разрушен взбешенными ткачами в страхе навсегда потерять свою работу. В 1813 году уничтожение машин было причислено к страшным уголовным преступлениям и 17 человек были казнены, а еще многие отправлены в Австралию.

Разностная машина Чарльза Бэббиджа (Differential Engine, 1834) уже использовала в своей работе перфокарты. Применение карточек объясняется историей ее происхождения: находясь во Франции, Бэббидж знакомится с трудами Гаспара де Прони, которому было поручено выверить и улучшить логарифмические и тригонометрические таблицы для подготовки к введению метрической системы, задуманной Наполеоном. Прони придумал трехуровневую систему счета, на вершине которой находились такие выдающиеся математики, как Адриен Мари Лежандр и Лазар Никола Карно, - они выводили основные формулы для расчетов. Посередине были квалифицированные счетчики для разбиения формул на элементарные операции и организации работ третьего уровня – сотен вычислителей, – единственной работой которых было сложение (в большинстве своем молодые девушки). Впервые термин computer (вычислитель) был введен именно Прони и именно в связи с этой работой.

Бэббидж задумался над автоматизацией работы вычислителей, предложив проект правительству Англии. Уже тогда он понимал, что узким местом системы является переписчик, который будет записывать результаты, и планировал создать в дополнение к машине печатающее устройство. Деньги были выделены, но, по причине личного конфликта Бэббиджа с государственным патроном проекта Джозефом Клементом, результаты 12-ти лет работы так и не дошли до промышленного производства.

Однако усилия не прошли даром, и привели к появлению нового проекта Беббиджа – «Аналитической машине» (Analytical Engine). Впоследствии будет понастроено еще много различных калькуляторов, но к уровню этой машины человечество подойдет только через 80 лет [1].

В 1842 году итальянский ученый Манибера, познакомившись с аналитической машиной, пришел в восторг и сделал первое подробное описание изобретения в статье на французском. Перевести статью на английский язык взялась леди графиня Лавлейс (1815-1852), дочь поэта лорда Джорджа Байрона, которая считается теперь первым программистом в истории. В числе прочего она сообщила Бэббиджу, что составила план операций для аналитической машины, с помощью которых можно решить уравнение Бернулли для закона сохранения энергии движущейся жидкости. После перевода Бэббидж попросил Аду снабдить статью комментариями, оказавшимися в итоге заметно длиннее самой статьи. Уже в этих первых комментариях встречаются слова: «машину нельзя наделить разумом». Построенные намного позднее табуляторы от IBM никаких революционных идей не внесли, используя в основном наработки Бэббиджа и его последователей.

В 1948 выходит книга доктора Норберта Винера, профессора в Массачусетском Технологическом Институте (M. I.T.). Она называется «Кибернетика»[2], а ее содержание дает теоретическое обоснование для создания высокоточных управляемых манипуляторов. Кибернетика – это целая новая наука, открытая Винером. В целом книга содержит описание общих концепций управления в любых системах, в особенности живых, машинных и социальных. Одной из самых ценных мировоззренческих идей книги является обоснование того, что управление, реализуемое через механическое, электрическое или еще какое-то воздействие, всегда имеет некоторые общие черты и эти черты сводится к тому, что главными в управлении являются управляющие сигналы, т. е. информация в чистом виде, а не ее носитель.

Наряду с популярным изложением принципов, на которых основана вычислительная техника, популярным изложением теории информации Клода Шеннона и других идей, Винер очень подробно останавливается на принципе управления по отрицательной обратной связи и его возможного проявления, когда мы берем в руку стакан. Долгое время работая в Мексике бок о бок с Артуром Розенблютом, Винер окунулся в новый для него мир физиологии и общей биологии. А сам Розенблют однозначно признается Винером за соавтора новой науки. Книга писалась в Мексике под большим влиянием физиологии и аналоговых вычислителей. Определенные наблюдаемые расстройства в функционировании моторных функций позволяли по-другому взглянуть на живые организмы и управление в них[3]: