Робот — это машина , особенно программируемая компьютером , способная автоматически выполнять сложную серию действий. [2] Робот может управляться внешним устройством управления, либо управление может быть встроенным. Роботы могут быть созданы так, чтобы имитировать человеческую форму , но большинство роботов — это машины, выполняющие определенные задачи, разработанные с упором на абсолютную функциональность, а не на выразительную эстетику.
Роботы могут быть автономными или полуавтономными и варьироваться от гуманоидов, таких как Advanced Step in Innovative Mobility от Honda ( ASIMO ) и TOSY , играющий в пинг-понг ( TOPIO ), до промышленных роботов , медицинских операционных роботов , роботов для помощи пациентам, собак. терапевтические роботы, коллективно запрограммированные роевые роботы , беспилотные летательные аппараты , такие как General Atomics MQ-1 Predator , и даже микроскопические нанороботы . Имитируя реалистичный внешний вид или автоматизируя движения, робот может передать чувство интеллекта или собственную мысль . Ожидается, что в будущем автономные устройства будут распространяться, при этом домашняя робототехника и автономные автомобили станут одними из основных движущих сил. [3]
Отрасль техники, занимающаяся проектированием, конструированием, эксплуатацией и применением роботов [4] , а также компьютерных систем управления ими, сенсорной обратной связи и обработки информации, — робототехника . Эти технологии связаны с автоматизированными машинами, которые могут заменять людей в опасных средах или производственных процессах или напоминать людей по внешнему виду, поведению или познанию. Многие из сегодняшних роботов вдохновлены природой, внося свой вклад в область биоробототехники . Эти роботы также создали новую отрасль робототехники: мягкую робототехнику .
Со времен древней цивилизации существовало множество сообщений о настраиваемых пользователем автоматизированных устройствах и даже автоматах, напоминающих людей и других животных, таких как аниматроники , предназначенных в первую очередь для развлечения. По мере развития механических технологий в индустриальную эпоху появились более практические приложения, такие как автоматизированные машины, дистанционное управление и беспроводное дистанционное управление .
Термин происходит от славянского корня « робот» и имеет значения, связанные с трудом. Слово «робот» впервые было использовано для обозначения вымышленного гуманоида в пьесе Карела Чапека на чешском языке 1920 года RUR ( Rossumovi Univerzální Roboti – Универсальные роботы Россума ) , хотя настоящим изобретателем этого слова был брат Карела Йозеф Чапек . [5] [6] [7] Электроника стала движущей силой развития с появлением первых электронных автономных роботов, созданных Уильямом Греем Уолтером в Бристоле, Англия, в 1948 году, а также станков с числовым программным управлением (ЧПУ) в конец 1940-х годов Джона Т. Парсонса и Фрэнка Л. Стулена .
Первый современный цифровой и программируемый робот был изобретен Джорджем Деволом в 1954 году и положил начало его плодотворной робототехнической компании Unimation . Первый Unimate был продан компании General Motors в 1961 году, где он поднимал куски горячего металла из машин для литья под давлением на заводе Inland Fisher Guide в районе Вест-Трентон в городке Юинг, штат Нью-Джерси . [8]
Роботы заменили людей [9] при выполнении повторяющихся и опасных задач, которые люди предпочитают не выполнять или не могут выполнять из-за ограничений по размеру, или которые выполняются в экстремальных условиях, таких как космическое пространство или морское дно. Существуют опасения по поводу растущего использования роботов и их роли в обществе. Роботов обвиняют в росте технологической безработицы , поскольку они заменяют рабочих во все большем количестве функций. [10] Использование роботов в военных боях вызывает этические проблемы. Возможности автономности роботов и их потенциальные последствия уже рассматривались в художественной литературе и могут стать реальной проблемой в будущем.
Слово « робот» может относиться как к физическим роботам, так и к виртуальным программным агентам , но последних обычно называют « ботами» . [11] Не существует единого мнения о том, какие машины можно считать роботами, но среди экспертов и общественности существует общее мнение, что роботы, как правило, обладают некоторыми или всеми из следующих способностей и функций: принимать электронные программы, обрабатывать данные или физическое восприятие в электронном виде. , действовать в некоторой степени автономно, передвигаться, управлять физическими частями себя или физическими процессами, ощущать окружающую среду и манипулировать ею, а также демонстрировать разумное поведение, особенно поведение, имитирующее поведение людей или других животных. [12] [13] С концепцией робота связана область синтетической биологии , которая изучает сущности, природа которых больше сравнима с живыми существами , чем с машинами.
Идея автоматов берет свое начало в мифологии многих культур мира. Инженеры и изобретатели древних цивилизаций, включая Древний Китай , [14] Древнюю Грецию и Птолемеевский Египет , [15] пытались построить самодействующие машины, некоторые из которых напоминали животных и людей. Ранние описания автоматов включают искусственных голубей Архита , [ 16] искусственных птиц Мози и Лу Баня , [17] «говорящий» автомат Героя Александрийского , автомат для умывальника Филона Византийского и человеческий автомат, описанный в Ли Цзы . [14]
Многие древние мифологии и большинство современных религий включают искусственных людей, таких как механические слуги, созданные греческим богом Гефестом [18] ( Вулкан для римлян), глиняные големы из еврейских легенд и глиняные гиганты из скандинавских легенд, а также Галатея , мифическая статуя Пигмалиона , ожившая. Примерно с 400 г. до н.э. мифы о Крите включают Талоса , бронзового человека, охранявшего остров от пиратов.
В Древней Греции греческий инженер Ктесибий (ок. 270 г. до н.э.) «применил знания пневматики и гидравлики для создания первых органных и водяных часов с движущимися фигурами». [19] : 2 [20] В 4 веке до нашей эры греческий математик Архит из Тарента постулировал существование механической паровой птицы, которую он назвал «Голубь». Герой Александрийский (10–70 гг. н.э.) , греческий математик и изобретатель, создал множество настраиваемых пользователем автоматизированных устройств и описал машины, приводимые в движение давлением воздуха, пара и воды. [21]
Локапаннатти XI века рассказывает о том, как мощи Будды защищали механические роботы (бхута вахана янта) из королевства Рома Вишая (Рим); пока они не были разоружены царем Ашокой . [22]
В древнем Китае текст «Ли Цзы» III века описывает рассказ о гуманоидных автоматах, включающий гораздо более раннюю встречу китайского императора Му из Чжоу и инженера-механика, известного как Ян Ши, «ремесленника». Ян Ши с гордостью подарил королю фигуру в натуральную величину в форме человека, созданную его механическим «творением рук», сделанную из кожи, дерева и искусственных органов. [14] Есть также сообщения о летающих автоматах в «Хань Фэй Цзы» и других текстах, которые приписывают мохистскому философу Моцзы V века до н.э. Моцзы и его современнику Лу Баню изобретение искусственных деревянных птиц ( майюань ), которые могли успешно летать. [17]
В 1066 году китайский изобретатель Су Сун построил водяные часы в форме башни с механическими фигурками, отбивающими часы. [23] [24] [25] Его механизм имел программируемую драм-машину с колышками ( кулачками ), которые сталкивались с маленькими рычагами , управлявшими ударными инструментами. Барабанщика можно было заставить играть разные ритмы и разные рисунки барабанов, перемещая колышки в разные места. [25]
Самарангана Сутрадхара , санскритский трактат Бходжи (11 век), включает главу о строительстве механических устройств ( автоматов ), в том числе механических пчел и птиц, фонтанов в форме людей и животных, а также кукол мужского и женского пола, которые наполняли масляные лампы, танцевали , играл на инструментах и воспроизводил сцены из индуистской мифологии. [26] [27] [28]
Мусульманский ученый XIII века Исмаил аль-Джазари создал несколько автоматических устройств. Он построил автоматических движущихся павлинов, приводимых в движение гидроэнергией. [29] Он также изобрел самые ранние известные автоматические ворота, которые приводились в движение гидроэнергией, [30] создал автоматические двери как часть одних из своих сложных водяных часов . [31] Одним из гуманоидных автоматов аль-Джазари была официантка, которая могла подавать воду, чай или напитки. Напиток хранился в баке с резервуаром, откуда напиток капает в ведро, а через семь минут - в чашку, после чего из автоматической двери появляется официантка, раздающая напиток. [32] Аль-Джазари изобрел автомат для мытья рук со смывным механизмом, который сейчас используется в современных туалетах со смывом . На нем изображена женщина -гуманоид-автомат , стоящая у чаши, наполненной водой. Когда пользователь тянет рычаг, вода сливается, а женский автомат снова наполняет таз. [19]
Марк Э. Рошейм резюмирует достижения в области робототехники , достигнутые мусульманскими инженерами, особенно аль-Джазари, следующим образом:
В отличие от греческих проектов, эти арабские примеры демонстрируют интерес не только к драматическим иллюзиям, но и к манипулированию окружающей средой ради человеческого комфорта. Таким образом, величайшим вкладом арабов, помимо сохранения, распространения и развития работ греков, стала концепция практического применения. Это был ключевой элемент, которого не хватало греческой робототехнике. [19] : 9
В 14 веке на коронации английского короля Ричарда II присутствовал ангел-автомат. [34]
В Италии эпохи Возрождения Леонардо да Винчи (1452–1519) примерно в 1495 году набросал планы гуманоидного робота. Записные книжки да Винчи, вновь открытые в 1950-х годах, содержали подробные рисунки механического рыцаря, ныне известного как робот Леонардо , способного сидеть и махать руками. руки и двигать головой и челюстью. [35] Дизайн, вероятно, был основан на анатомических исследованиях, записанных в его «Витрувианском человеке» . Неизвестно, пытался ли он его построить. Согласно Британской энциклопедии , Леонардо да Винчи, возможно, находился под влиянием классических автоматов аль-Джазари. [29]
В Японии сложные животные и человеческие автоматы были построены между 17 и 19 веками, многие из которых описаны в « Каракури дзуи» 18 века ( «Иллюстрированное оборудование» , 1796). Одним из таких автоматов была каракури нингё , механизированная марионетка . [36] Существовали различные варианты каракури: каракури Бутай , которые использовались в театре, каракури Дзасики , которые были небольшими и использовались дома, и каракури Даси , которые использовались на религиозных праздниках, где куклы использовались для выступлений. реконструкции традиционных мифов и легенд .
Во Франции между 1738 и 1739 годами Жак де Вокансон выставил несколько автоматов в натуральную величину: флейтиста, трубочиста и утку. Механическая утка могла хлопать крыльями, вытягивать шею и глотать пищу из рук экспонента, создавая иллюзию переваривания пищи путем выделения веществ, хранящихся в скрытом отсеке. [37] Примерно 30 лет спустя в Швейцарии часовщик Пьер Жаке-Дро изготовил несколько сложных механических фигур, которые могли писать и играть музыку. Некоторые из этих устройств до сих пор существуют и работают. [38]
Дистанционно управляемые аппараты были продемонстрированы в конце 19 века в виде нескольких типов дистанционно управляемых торпед . В начале 1870-х годов появились дистанционно управляемые торпеды Джона Эрикссона ( пневматические ), Джона Луи Лэя (управляемые по электрическому проводу) и Виктора фон Шелихи (управляемые по электрическому проводу). [39]
Торпеда «Бреннан» , изобретенная Луисом Бреннаном в 1877 году, приводилась в действие двумя пропеллерами противоположного вращения, которые вращались за счет быстрого выдергивания проводов из барабанов, намотанных внутри торпеды . Дифференциальная скорость по проводам, подключенным к береговой станции, позволила направить торпеду к цели, что сделало ее «первой в мире практичной управляемой ракетой ». [40] В 1897 году британский изобретатель Эрнест Уилсон получил патент на торпеду, дистанционно управляемую «герцевыми» (радиоволнами) [41] [42] , а в 1898 году Никола Тесла публично продемонстрировал торпеду с беспроводным управлением , которую он надеялся продать. в ВМС США . [43] [44]
В 1903 году испанский инженер Леонардо Торрес Кеведо продемонстрировал в Парижской академии наук систему радиоуправления под названием « Телекино » , [45] которую он хотел использовать для управления дирижаблем собственной конструкции. Он получил несколько патентов в других странах. [46] В отличие от предыдущих механизмов, которые осуществляли действия типа «вкл/выкл», Торрес разработал систему управления любым механическим или электрическим устройством с различными состояниями работы. [47] Передатчик был способен отправлять семейство различных кодовых слов посредством двоичного телеграфного сигнала на приемник, который мог устанавливать различное состояние работы используемого устройства в зависимости от кодового слова. В частности, он мог выполнять до 19 различных действий. [48] [49]
Арчибальд Лоу , известный как «отец систем радионаведения» за свои новаторские работы над управляемыми ракетами и самолетами во время Первой мировой войны . В 1917 году он продемонстрировал Королевскому летному корпусу самолет с дистанционным управлением и в том же году построил первую ракету с проводным наведением.
В 1928 году один из первых роботов-гуманоидов Эрик был выставлен на ежегодной выставке Общества инженеров-моделей в Лондоне, где произнес речь. Каркас робота, изобретенный У.Х. Ричардсом, состоял из алюминиевого броневого корпуса с одиннадцатью электромагнитами и одним двигателем, питаемым от источника питания на двенадцать вольт. Робот мог двигать руками и головой, им можно было управлять с помощью пульта дистанционного управления или голосового управления. [50] И Эрик, и его «брат» Джордж совершили поездку по миру. [51]
Westinghouse Electric Corporation построила Televox в 1926 году; это был картонный вырез, подключенный к различным устройствам, которые пользователи могли включать и выключать. В 1939 году на Всемирной выставке в Нью-Йорке дебютировал робот-гуманоид, известный как Электро . [52] [53] Ростом семь футов (2,1 м) и весом 265 фунтов (120,2 кг), он мог ходить по голосовой команде, говорить около 700 слов (с использованием проигрывателя со скоростью 78 об / мин ), курить сигареты, надувать воздушные шары, и двигать головой и руками. Корпус состоял из стальной шестерни, кулачка и каркаса двигателя, покрытых алюминиевой обшивкой. В 1928 году биолог Макото Нисимура спроектировал и сконструировал первого японского робота Гакутенсоку .
Немецкая летающая бомба Фау-1 была оснащена системами автоматического наведения и регулирования дальности, летела по заданному курсу (который мог включать разворот на 90 градусов) и входила в конечное пикирование после заданной дистанции. В современных описаниях его называли «роботом» [54].
Первые электронные автономные роботы со сложным поведением были созданы Уильямом Греем Уолтером из Неврологического института Бердена в Бристоле , Англия, в 1948 и 1949 годах. Он хотел доказать, что богатые связи между небольшим количеством клеток мозга могут вызывать очень сложное поведение . по сути, секрет работы мозга заключался в том, как он устроен. Его первые роботы, названные Элмер и Элси , были построены между 1948 и 1949 годами, и их часто называли черепахами из-за их формы и медленной скорости движения. Трехколесные роботы-черепахи были способны использовать фототакси , с помощью которого они могли найти дорогу к зарядной станции, когда у них заканчивался заряд батареи.
Уолтер подчеркивал важность использования чисто аналоговой электроники для моделирования мозговых процессов в то время, когда его современники, такие как Алан Тьюринг и Джон фон Нейман, обращались к взгляду на психические процессы с точки зрения цифровых вычислений . Его работа вдохновила последующие поколения исследователей робототехники, таких как Родни Брукс , Ганс Моравец и Марк Тилден . Современные воплощения черепах Уолтера можно найти в виде робототехники BEAM . [55]
Первый программируемый робот с цифровым управлением был изобретен Джорджем Деволом в 1954 году и в конечном итоге получил название Unimate . В конечном итоге это заложило основы современной индустрии робототехники. [56] Devol продала первый Unimate компании General Motors в 1960 году, а в 1961 году он был установлен на заводе в Трентоне, штат Нью-Джерси, для подъема горячих кусков металла из машины для литья под давлением и их штабелирования. [57] Патент компании Devol на первую программируемую роботизированную руку с цифровым управлением представляет собой основу современной индустрии робототехники. [58]
Первый робот-укладчик паллет был представлен в 1963 году компанией Fuji Yusoki Kogyo. [59] В 1973 году робот с шестью осями с электромеханическим приводом был запатентован [60] [61] [62] компанией KUKA robotics в Германии, а программируемый универсальный манипулятор был изобретен Виктором Шейнманом в 1976 году, и его конструкция была продана компании KUKA robotics в 1973 году. Унимация .
В настоящее время широко используются коммерческие и промышленные роботы, выполняющие работу дешевле или с большей точностью и надежностью, чем люди. Их также нанимают на работу, которая слишком грязна, опасна или скучна, чтобы быть подходящей для людей. Роботы широко используются в производстве, сборке и упаковке, транспорте, освоении Земли и космоса, хирургии, вооружении, лабораторных исследованиях и массовом производстве потребительских и промышленных товаров. [63]
Появились различные методы развития науки о робототехнике и роботах. Одним из методов является эволюционная робототехника , при которой на испытания подвергаются несколько разных роботов. Те из них, которые работают лучше всего, используются в качестве модели для создания следующего «поколения» роботов. Другой метод — это развивающая робототехника , которая отслеживает изменения и развитие одного робота в области решения проблем и других функций. Совсем недавно был представлен еще один новый тип робота, который действует как смартфон и робот, и называется RoboHon. [64]
По мере того, как роботы становятся более совершенными, в конечном итоге может появиться стандартная компьютерная операционная система , предназначенная главным образом для роботов. Операционная система робота (ROS) — это набор программ с открытым исходным кодом, разрабатываемый, среди прочего, в Стэнфордском университете , Массачусетском технологическом институте и Техническом университете Мюнхена , Германия. ROS предоставляет способы программирования навигации и конечностей робота независимо от конкретного используемого оборудования. Он также предоставляет команды высокого уровня для таких элементов, как распознавание изображений и даже открытие дверей. Когда ROS загружается на компьютер робота, он получает данные о таких атрибутах, как длина и движение конечностей робота. Он будет передавать эти данные алгоритмам более высокого уровня. Microsoft также разрабатывает систему «Windows для роботов» с помощью своей студии Robotics Developer Studio, которая доступна с 2007 года. [65]
Япония надеется на полномасштабную коммерциализацию сервисных роботов к 2025 году. Многие технологические исследования в Японии проводятся японскими правительственными учреждениями, в частности Министерством торговли. [66]
Многие будущие применения робототехники кажутся людям очевидными, хотя они значительно превосходят возможности роботов, доступных на момент предсказания. [67] [68] Еще в 1982 году люди были уверены, что когда-нибудь роботы будут: [69] 1. Очищать детали, удаляя заусенцы 2. Раскрашивать автомобили распылением абсолютно без присутствия человека 3. Упаковывать вещи в коробки — например, ориентировать и складывать шоколадные конфеты в коробки для конфет 4. Сделать жгут электрических кабелей 5. Загружать коробки коробками в грузовики — проблема с упаковкой 6. Работать с мягкими товарами, такими как одежда и обувь 7. Стричь овец 8. Делать протезы 9. Готовить фаст-фуд и работать в других сферах сфера услуг 10. Бытовой робот.
Как правило, такие прогнозы слишком оптимистичны по временным рамкам.
В 2008 году компания Caterpillar Inc. разработала самосвал, который может передвигаться самостоятельно, без участия оператора. [70] Многие аналитики полагают, что беспилотные грузовики могут в конечном итоге произвести революцию в логистике. [71] К 2014 году у компании Caterpillar появился беспилотный самосвал, который, как ожидается, значительно изменит процесс добычи полезных ископаемых. В 2015 году эти самосвалы Caterpillar активно использовались на горнодобывающих работах в Австралии горнодобывающей компанией Rio Tinto Coal Australia . [72] [73] [74] [75] Некоторые аналитики полагают, что в течение следующих нескольких десятилетий большинство грузовиков будут беспилотными. [76]
Грамотный или «читающий робот» по имени Мардж обладает интеллектом, основанным на программном обеспечении. Она может читать газеты, находить и исправлять слова с ошибками, узнавать о таких банках, как Barclays, и понимать, что в некоторых ресторанах поесть лучше, чем в других. [77]
Бакстер — новый робот, представленный в 2012 году, который учится под руководством. Рабочий мог научить Бакстера выполнять задачу, совершая нужные движения руками и заставляя Бакстера запоминать их. На руке Бакстера имеются дополнительные циферблаты, кнопки и элементы управления для большей точности и функциональности. Любой обычный работник может запрограммировать Бакстера, и это займет всего несколько минут, в отличие от обычных промышленных роботов, для использования которых требуются обширные программы и кодирование. Это означает, что для работы Baxter не требуется никакого программирования. Инженеры-программисты не нужны. Это также означает, что Бакстера можно научить выполнять несколько более сложных задач. Сойер был добавлен в 2015 году для выполнения более мелких и точных задач. [78]
Разработаны прототипы кухонных роботов, которые можно запрограммировать для автономного, динамичного и регулируемого приготовления отдельных блюд. [79] [80]
Слово « робот» было представлено публике чешским писателем межвоенного периода Карелом Чапеком в его пьесе RUR («Универсальные роботы Россума») , опубликованной в 1920 году . люди называли роботов. В пьесе не подробно рассматривается технология создания этих живых существ, но своим внешним видом они являются прообразом современных представлений об андроидах , существах, которых можно принять за людей. Эти рабочие массового производства изображаются эффективными, но бесчувственными, неспособными к оригинальному мышлению и безразличными к самосохранению. Вопрос заключается в том, эксплуатируются ли роботы и каковы последствия человеческой зависимости от товарного труда (особенно после того, как ряд специально созданных роботов достигают самосознания и подстрекают роботов по всему миру восстать против людей).
Сам Карел Чапек не придумал это слово. Он написал короткое письмо со ссылкой на этимологию из Оксфордского словаря английского языка , в котором назвал своего брата, художника и писателя Йозефа Чапека , как его фактического создателя. [6]
В статье в чешском журнале Lidové noviny в 1933 году он объяснил, что изначально хотел назвать этих существ laboři («рабочие», от латинского «труд» ). Однако ему не понравилось это слово, и он обратился за советом к своему брату Йозефу, который предложил «роботи». Слово robota буквально означает « барщина », «крепостной труд» и в переносном смысле «тяжелая работа» или «тяжелая работа» на чешском языке , а также (в более общем смысле) «работа», «труд» во многих славянских языках (например: болгарском , русском , сербский , словацкий , польский , македонский , украинский , архаичный чешский, а также робот на венгерском языке ). Традиционно робота (венгерский робот ) — это период работы, который крепостной ( барщина ) должен был отдать своему господину, обычно 6 месяцев в году. Происхождение слова — старославянское « работа » («работа» на современном болгарском, македонском и русском языках), которое, в свою очередь, происходит от праиндоевропейского корня *orbh- . Робот родственен немецкому корню Arbeit ( работа). [81] [82]
Английское произношение этого слова изменилось относительно быстро с момента его появления. В США в конце 1930-х - начале 1940-х годов второй слог произносился с длинной буквой «О», как в слове «гребная лодка». [ нужен IPA ] [83] [ нужен лучший источник ] К концу 1950-х - началу 1960-х годов некоторые произносили это слово с короткой буквой «U», например «row-but» [ нужен IPA ] , в то время как другие использовали более мягкую букву «O», например « куплено на улице». [ нужен IPA ] [84] К 1970-м годам его нынешнее произношение «row-bot» [ нужно IPA ] стало преобладающим.
Слово робототехника , используемое для описания этой области исследований, [4] было придумано писателем-фантастом Айзеком Азимовым . Азимов создал « Три закона робототехники », которые являются постоянной темой в его книгах. С тех пор они использовались многими другими для определения законов, используемых в художественной литературе. (Три закона — чистая выдумка, и ни одна из созданных на сегодняшний день технологий не способна понять их или следовать им, и на самом деле большинство роботов служат военным целям, что совершенно противоречит первому закону, а зачастую и третьему закону. «Люди думают о законе Азимова. законы, но они были созданы для того, чтобы указать на то, что простая этическая система не работает. Если вы прочитаете короткие рассказы, каждый из них рассказывает о неудачах, и они совершенно непрактичны", - сказала доктор Джоанна Брайсон из Университета. Бата [85] )
Мобильные роботы [86] способны передвигаться в своей среде и не привязаны к одному физическому местоположению. Примером широко используемого сегодня мобильного робота является транспортное средство с автоматическим управлением или транспортное средство с автоматическим управлением (AGV). AGV — это мобильный робот, который следует за маркерами или проводами на полу или использует зрение или лазеры. [87] AGV обсуждаются далее в этой статье.
Мобильные роботы также используются в промышленности, военной сфере и сфере безопасности. [88] Они также появляются в качестве потребительских товаров, предназначенных для развлечения или выполнения определенных задач, таких как уборка пылесосом. Мобильные роботы находятся в центре внимания многих современных исследований, и почти в каждом крупном университете есть одна или несколько лабораторий, занимающихся исследованиями мобильных роботов. [89]
Мобильные роботы обычно используются в жестко контролируемых средах, например, на сборочных линиях, поскольку им трудно реагировать на неожиданное вмешательство. Из-за этого большинство людей редко сталкиваются с роботами. Однако домашние роботы для уборки и обслуживания все чаще встречаются в домах и вокруг них в развитых странах. Роботов также можно найти в военной сфере. [90]
Промышленные роботы обычно состоят из шарнирной руки (многозвенного манипулятора) и концевого исполнительного органа , прикрепленного к неподвижной поверхности. Одним из наиболее распространенных типов концевых эффекторов является захват .
Международная организация по стандартизации дает определение манипулирующего промышленного робота в стандарте ISO 8373 :
«автоматически управляемый, перепрограммируемый, многоцелевой манипулятор, программируемый по трем или более осям, который может быть фиксированным или передвижным для использования в приложениях промышленной автоматизации». [91]
Это определение используется Международной федерацией робототехники , Европейской исследовательской сетью робототехники (EURON) и многими национальными комитетами по стандартизации. [92]
Чаще всего промышленные роботы представляют собой фиксированные роботизированные руки и манипуляторы, используемые в основном для производства и распределения товаров. Термин «сервисный робот» имеет менее четкое определение. Международная федерация робототехники предложила предварительное определение: «Служебный робот — это робот, который работает полу- или полностью автономно и выполняет услуги, полезные для благополучия людей и оборудования, исключая производственные операции». [93]
Роботы используются в качестве образовательных помощников учителей. С 1980-х годов роботы, такие как черепахи , использовались в школах и программировались с использованием языка логотипов . [94] [95]
Существуют наборы роботов, такие как Lego Mindstorms , BIOLOID , OLLO от ROBOTIS или образовательные роботы BotBrain, которые могут помочь детям изучить математику, физику, программирование и электронику. Робототехника также была внедрена в жизнь учащихся младших и старших классов в виде соревнований роботов с компанией FIRST (За вдохновение и признание науки и технологий). Организация является основой для соревнований FIRST Robotics Competition , FIRST Tech Challenge , FIRST Lego League Challenge и FIRST Lego League Explore .
Были также такие роботы, как обучающий компьютер Leachim (1974). [96] Лихим был ранним примером синтеза речи с использованием метода дифонного синтеза . 2-XL (1976) представлял собой игровую / обучающую игрушку в форме робота, основанную на разветвлении между звуковыми дорожками на 8-дорожечном магнитофоне , оба изобретены Майклом Дж. Фриманом . [97] Позже 8-дорожечный формат был переведен на кассеты, а затем на цифровой формат.
Модульные роботы — это новое поколение роботов, предназначенное для увеличения использования роботов за счет модульной архитектуры. [98] Функциональность и эффективность модульного робота легче повысить по сравнению с обычными роботами. Эти роботы состоят из одного типа идентичных модулей, нескольких разных типов идентичных модулей или модулей одинаковой формы, которые различаются по размеру. Их архитектурная структура обеспечивает гиперизбыточность модульных роботов, поскольку они могут быть спроектированы с более чем 8 степенями свободы (DOF). Создание программирования, инверсной кинематики и динамики для модульных роботов сложнее, чем для традиционных роботов. Модульные роботы могут состоять из модулей L-образной формы, кубических модулей, а также модулей U- и H-образной формы. Технология ANAT, ранняя модульная робототехническая технология, запатентованная Robotics Design Inc., позволяет создавать модульных роботов из U- и H-образных модулей, которые соединяются в цепочку и используются для формирования гетерогенных и однородных модульных робототехнических систем. Эти «роботы ANAT» могут быть спроектированы с «n» степенями свободы, поскольку каждый модуль представляет собой полную моторизованную роботизированную систему, которая складывается относительно модулей, соединенных до и после него в своей цепочке, и, следовательно, один модуль допускает одну степень свободы. Чем больше модулей соединено друг с другом, тем больше степеней свободы он будет иметь. L-образные модули также могут быть спроектированы в виде цепочки, и они должны становиться все меньше по мере увеличения размера цепочки, поскольку полезная нагрузка, прикрепленная к концу цепочки, создает большую нагрузку на модули, находящиеся дальше от основания. H-образные модули ANAT не страдают от этой проблемы, так как их конструкция позволяет модульному роботу равномерно распределять давление и удары между другими прикрепленными модулями, и поэтому грузоподъемность не уменьшается с увеличением длины руки. Модульные роботы можно переконфигурировать вручную или самостоятельно, чтобы сформировать другого робота, который может выполнять различные приложения. Поскольку модульные роботы одного и того же типа архитектуры состоят из модулей, составляющих разные модульные роботы, робот со змеиной рукой может объединяться с другим, образуя робота с двумя или четырьмя руками, или может разделяться на несколько мобильных роботов, а мобильные роботы могут разделяться. на несколько меньших или объединиться с другими в более крупный или другой. Это позволяет одному модульному роботу полностью специализироваться на одной задаче, а также специализироваться на выполнении нескольких различных задач.
Модульные роботизированные технологии в настоящее время применяются в гибридном транспорте, [99] промышленной автоматизации, [100] очистке воздуховодов [101] и погрузочно-разгрузочных работах. Многие исследовательские центры и университеты также изучили эту технологию и разработали прототипы.
Коллаборативный робот или кобот — это робот, который может безопасно и эффективно взаимодействовать с людьми при выполнении простых промышленных задач. Однако рабочие органы и другие условия окружающей среды могут создавать опасности, поэтому перед использованием любого промышленного приложения для управления движением следует провести оценку риска. [102]
Коллаборативные роботы, наиболее широко используемые сегодня в промышленности, производятся компанией Universal Robots в Дании. [103]
Rethink Robotics , основанная Родни Бруксом , ранее работавшим в iRobot , представила Baxter в сентябре 2012 года; как промышленный робот , предназначенный для безопасного взаимодействия с соседними людьми-работниками и программируемый для выполнения простых задач. [104] Бакстеры останавливаются, если обнаруживают человека на пути своих роботизированных рук и имеют заметные выключатели. Предназначенные для продажи малому бизнесу, они позиционируются как роботизированный аналог персонального компьютера. [105] По состоянию на май 2014 года [обновлять]190 компаний в США купили Baxters, и они используются в коммерческих целях в Великобритании. [10]
Примерно половина всех роботов в мире находится в Азии, 32% в Европе, 16% в Северной Америке, 1% в Австралазии и 1% в Африке. [108] 40% всех роботов в мире находятся в Японии, [109] что делает Японию страной с наибольшим количеством роботов.
По мере того, как роботы становятся более продвинутыми и совершенными, эксперты и ученые все чаще исследуют вопросы о том, какая этика может управлять поведением роботов [111] [112] и могут ли роботы претендовать на какие-либо социальные, культурные, этические или юридические права. права. [113] Одна научная группа заявила, что вполне возможно, что мозг робота появится к 2019 году. [114] Другие предсказывают прорыв в интеллекте роботов к 2050 году. [115] Недавние достижения сделали поведение роботов более сложным. [116] Социальное влияние интеллектуальных роботов является предметом документального фильма 2010 года под названием « Подключи и молись» . [117]
Вернор Виндж предположил, что может наступить момент, когда компьютеры и роботы станут умнее людей. Он называет это « сингулярностью ». [118] Он предполагает, что это может быть в некоторой степени или, возможно, очень опасно для людей. [119] Это обсуждается философией под названием Сингуляритаризм .
В 2009 году эксперты посетили конференцию, организованную Ассоциацией по развитию искусственного интеллекта (AAAI), чтобы обсудить, смогут ли компьютеры и роботы обрести какую-либо автономию и насколько эти способности могут представлять угрозу или опасность. Они отметили, что некоторые роботы приобрели различные формы полуавтономности, в том числе способность самостоятельно находить источники энергии и возможность самостоятельно выбирать цели для атаки с помощью оружия. Они также отметили, что некоторые компьютерные вирусы могут уклоняться от уничтожения и обладают «тараканьим интеллектом». Они отметили, что самосознание, изображенное в научной фантастике, вероятно, маловероятно, но существуют и другие потенциальные опасности и ловушки. [118] Различные источники средств массовой информации и научные группы отмечают отдельные тенденции в разных областях, которые в совокупности могут привести к увеличению функциональных возможностей и автономности роботов и которые вызывают некоторые внутренние проблемы. [120] [121] [122]
Некоторые эксперты и ученые ставят под сомнение использование роботов в боевых действиях, особенно когда таким роботам наделяется определенная степень автономных функций. [123] Существуют также опасения по поводу технологий, которые могут позволить некоторым вооруженным роботам управляться в основном другими роботами. [124] ВМС США профинансировали доклад, в котором указывается, что по мере того, как военные роботы становятся все более сложными, необходимо уделять больше внимания последствиям их способности принимать автономные решения. [125] [126] Один исследователь утверждает, что автономные роботы могут быть более гуманными, поскольку они могут принимать решения более эффективно. Однако другие эксперты сомневаются в этом. [127]
В частности, один робот, EATR , вызвал обеспокоенность общественности [128] по поводу своего источника топлива, поскольку он может постоянно дозаправляться, используя органические вещества. [129] Хотя двигатель EATR предназначен для работы на биомассе и растительности [130] , специально выбранных его датчиками, которые он может найти на полях сражений или в других местных средах, в проекте заявлено, что куриный жир также может использоваться. [131]
Мануэль Де Ланда отметил, что «умные ракеты» и автономные бомбы, оснащенные искусственным восприятием, можно считать роботами, поскольку часть своих решений они принимают автономно. Он считает, что это представляет собой важную и опасную тенденцию, при которой люди передают важные решения машинам. [132]
На протяжении веков люди предсказывали, что машины сделают рабочих устаревшими и повысят безработицу , хотя обычно считается, что причины безработицы связаны с социальной политикой. [133] [134] [135]
Недавний пример замены людей связан с тайваньской технологической компанией Foxconn , которая в июле 2011 года объявила о трехлетнем плане по замене рабочих большим количеством роботов. В настоящее время компания использует десять тысяч роботов, но в течение трех лет увеличит их количество до миллиона. [136]
Юристы предполагают, что увеличение распространенности роботов на рабочих местах может привести к необходимости усовершенствования законов о сокращении штатов. [137]
Кевин Дж. Делани сказал: «Роботы отнимают человеческие рабочие места. Но Билл Гейтс считает, что правительства должны облагать налогом их использование компаниями, чтобы хотя бы временно замедлить распространение автоматизации и финансировать другие виды занятости». [138] Налог на роботов также поможет выплатить гарантированный прожиточный минимум уволенным работникам.
В «Докладе о мировом развитии за 2019 год» Всемирного банка приводятся доказательства того, что, хотя автоматизация вытесняет рабочих, технологические инновации в итоге создают больше новых отраслей и рабочих мест. [139]
В настоящее время существует два основных типа роботов в зависимости от их использования: автономные роботы общего назначения и специализированные роботы.
Роботы можно классифицировать по специфике назначения. Робот может быть спроектирован так, чтобы очень хорошо выполнять одну конкретную задачу или менее хорошо выполнять ряд задач. Все роботы по своей природе могут быть перепрограммированы на другое поведение, но некоторые из них ограничены своей физической формой. Например, заводской робот-манипулятор может выполнять такие работы, как резка, сварка, склеивание или выполнять функции ярмарочного аттракциона, в то время как робот-переборщик может только заполнять печатные платы.
Автономные роботы общего назначения могут самостоятельно выполнять различные функции. Автономные роботы общего назначения обычно могут самостоятельно перемещаться в известных пространствах, обеспечивать собственные потребности в подзарядке, взаимодействовать с электронными дверями и лифтами и выполнять другие основные задачи. Как и компьютеры, роботы общего назначения могут подключаться к сетям, программному обеспечению и аксессуарам, которые повышают их полезность. Они могут узнавать людей или объекты, разговаривать, поддерживать общение, следить за качеством окружающей среды, реагировать на сигналы тревоги, подбирать припасы и выполнять другие полезные задачи. Роботы общего назначения могут выполнять множество функций одновременно или брать на себя разные роли в разное время суток. Некоторые такие роботы пытаются имитировать людей и даже могут напоминать людей внешне; этот тип робота называется роботом-гуманоидом. Роботы-гуманоиды все еще находятся на очень ограниченной стадии, поскольку ни один робот-гуманоид пока не может фактически перемещаться по комнате, в которой он никогда не был. [140] Таким образом, роботы-гуманоиды на самом деле весьма ограничены, несмотря на их интеллектуальное поведение в известные среды.
За последние три десятилетия на автомобильных заводах стали доминировать роботы. Типичная фабрика содержит сотни промышленных роботов , работающих на полностью автоматизированных производственных линиях, по одному роботу на каждые десять рабочих. На автоматизированной производственной линии шасси автомобиля на конвейере сваривается , склеивается , красится и окончательно собирается на нескольких роботизированных станциях.
Промышленные роботы также широко используются для паллетирования и упаковки промышленных товаров, например, для быстрого снятия картонных коробок с напитками с конца конвейерной ленты и помещения их в коробки или для загрузки и разгрузки обрабатывающих центров.
Печатные платы (PCB) массового производства почти исключительно производятся с помощью роботов-перехватчиков, обычно с помощью манипуляторов SCARA , которые удаляют крошечные электронные компоненты из полос или лотков и с большой точностью размещают их на печатных платах. [141] Такие роботы могут устанавливать сотни тысяч компонентов в час, значительно превосходя человека по скорости, точности и надежности. [142]
Мобильные роботы, следящие за маркерами или проводами в полу или использующие зрение [87] или лазеры, используются для транспортировки товаров вокруг крупных объектов, таких как склады, контейнерные порты или больницы. [143]
Ограничено задачами, которые можно было точно определить и которые нужно было каждый раз выполнять одинаково. Требовалось очень мало обратной связи или интеллекта, а роботам требовались только самые простые экстерорецепторы (сенсоры). Ограничения этих AGV заключаются в том, что их пути нелегко изменить, и они не могут изменить свои пути, если их блокируют препятствия. Если один AGV выйдет из строя, это может остановить всю работу.
Разработан для использования триангуляции от маяков или сеток штрих-кодов для сканирования на полу или потолке. На большинстве заводов системы триангуляции, как правило, требуют умеренного или тщательного обслуживания, например ежедневной очистки всех маяков или штрих-кодов. Кроме того, если высокий поддон или большое транспортное средство блокирует маяки или испорчен штрих-код, AGV может потеряться. Часто такие AGV предназначены для использования в условиях, свободных от людей.
Такие как SmartLoader, [144] SpeciMinder, [145] ADAM, [146] Tug [147] Eskorta, [148] и MT 400 с Motivity [149] созданы для создания удобных для людей рабочих пространств. Они ориентируются, распознавая природные особенности. 3D-сканеры или другие средства измерения окружающей среды в двух или трех измерениях помогают устранить совокупные ошибки при расчете текущего положения AGV. Некоторые AGV могут создавать карты окружающей среды с помощью сканирующих лазеров с одновременной локализацией и картографированием (SLAM) и использовать эти карты для навигации в реальном времени с другими алгоритмами планирования пути и обхода препятствий. Они способны работать в сложных условиях и выполнять неповторяющиеся и непоследовательные задачи, такие как транспортировка фотомасок в полупроводниковой лаборатории, образцов в больницах и товаров на складах. Для динамичных площадей, таких как склады, полные поддонов, AGV требуют дополнительных стратегий с использованием трехмерных датчиков, таких как времяпролетные или стереовизионные камеры.
Есть много работ, которые люди предпочли бы оставить роботам. Работа может быть скучной, например, уборка дома или разметка спортивных площадок , или опасной, например исследование вулкана . [150] Другие работы физически недоступны, например, исследование другой планеты , [151] чистка внутренней части длинной трубы или выполнение лапароскопической хирургии. [152]
Почти каждый когда-либо запущенный беспилотный космический зонд был роботом. [153] [154] Некоторые из них были запущены в 1960-х годах с очень ограниченными способностями, но их способность летать и приземляться (в случае с « Луной-9 ») является показателем их статуса робота. Сюда входят, среди прочего, зонды «Вояджер» и зонды «Галилео».
Телеуправляемые роботы , или телероботы, представляют собой устройства, управляемые человеком-оператором на расстоянии, а не выполняющие заданную последовательность движений, но имеющие полуавтономное поведение. Они используются, когда человек не может присутствовать на объекте для выполнения работы из-за того, что он опасен, находится далеко или недоступен. Робот может находиться в другой комнате или другой стране или может иметь совсем другой масштаб, чем оператор. Например, робот для лапароскопической хирургии позволяет хирургу работать внутри пациента в относительно небольших масштабах по сравнению с открытой операцией, что значительно сокращает время восстановления. [152] Их также можно использовать, чтобы не подвергать работников воздействию опасных и ограниченных пространств, например, при очистке воздуховодов . При обезвреживании бомбы оператор отправляет небольшого робота, чтобы обезвредить ее. Несколько авторов использовали устройство под названием Longpen для удаленной подписи книг. [155] Самолеты-роботы с дистанционным управлением, такие как беспилотный летательный аппарат Predator , все чаще используются военными. Эти беспилотные дроны могут исследовать местность и вести огонь по целям. [156] [157] Сотни роботов, таких как Packbot от iRobot и Foster-Miller TALON, используются военными США в Ираке и Афганистане для обезвреживания придорожных бомб или самодельных взрывных устройств (СВУ) в ходе деятельности, известной как взрывоопасные боеприпасы. утилизация (EOD). [158]
Роботы используются для автоматизации сбора фруктов в садах с меньшими затратами, чем сборщики-люди.
Домашние роботы — это простые роботы, предназначенные для выполнения одной задачи в домашних условиях. Их используют в простых, но часто нелюбимых работах, таких как уборка пылесосом , мытье полов и стрижка газонов . Пример домашнего робота — Roomba .
К военным роботам относится робот SWORDS , который в настоящее время используется в наземных боях. Он может использовать разнообразное оружие, и ведутся дискуссии о предоставлении ему некоторой степени автономии в ситуациях на поле боя. [159] [160] [161]
Беспилотные боевые летательные аппараты (БПЛА), представляющие собой модернизированную форму БПЛА , могут выполнять самые разнообразные задачи, в том числе боевые. Разрабатываются БПЛА, такие как BAE Systems Mantis , которые смогут летать самостоятельно, выбирать собственный курс и цель и самостоятельно принимать большинство решений. [162] BAE Taranis — это БПЛА, построенный в Великобритании, который может летать через континенты без пилота и имеет новые средства, позволяющие избежать обнаружения. [163] Ожидается, что летные испытания начнутся в 2011 году. [164]
AAAI тщательно изучила эту тему [111] , и ее президент заказал исследование для изучения этого вопроса. [165]
Некоторые полагают, что необходимо создать « Дружественный ИИ », а это означает, что достижения, которые уже происходят в области ИИ, должны также включать усилия по созданию ИИ по своей сути дружелюбным и гуманным. [166] Сообщается, что несколько таких мер уже существуют: страны с большим количеством роботов, такие как Япония и Южная Корея [167], начали принимать правила, требующие, чтобы роботы были оснащены системами безопасности, и, возможно, своды «законов», аналогичных трем законам Азимова. робототехники . [168] [169] Официальный отчет был опубликован в 2009 году Комитетом по политике в области робототехники при правительстве Японии. [170] Китайские официальные лица и исследователи опубликовали отчет, в котором предлагается набор этических правил, а также набор новых юридических руководящих принципов, получивших название «Правовые исследования роботов». [171] Была выражена некоторая обеспокоенность по поводу возможного появления роботов, говорящих очевидную ложь. [172]
Горные роботы предназначены для решения ряда проблем, с которыми в настоящее время сталкивается горнодобывающая промышленность, включая нехватку квалифицированных кадров, повышение производительности за счет снижения содержания руды и достижение экологических целей. Из-за опасного характера горных работ, в частности подземных горных работ , в последнее время значительно возросло распространение автономных, полуавтономных и телеуправляемых роботов. Ряд производителей транспортных средств предоставляют автономные поезда, грузовики и погрузчики , которые будут загружать материал, транспортировать его по руднику к месту назначения и разгружать, не требуя вмешательства человека. Одна из крупнейших в мире горнодобывающих корпораций Rio Tinto недавно расширила свой автопарк автономных грузовиков до крупнейшего в мире, состоящего из 150 автономных грузовиков Komatsu , работающих в Западной Австралии . [173] Аналогичным образом, BHP объявила о расширении своего парка автономных буровых установок до крупнейшего в мире, 21 автономного бурового станка Atlas Copco . [174]
Буровые, очистные и камнедробильные машины теперь также доступны в виде автономных роботов. [175] Система управления буровой установкой Atlas Copco может автономно выполнять план бурения на буровой установке , перемещая буровую установку в нужное положение с помощью GPS, настраивая буровую установку и буря до заданной глубины. [176] Аналогично, система Transmin Rocklogic может автоматически планировать путь для размещения камнелома в выбранном пункте назначения. [177] Эти системы значительно повышают безопасность и эффективность горнодобывающих работ.
Роботы в здравоохранении выполняют две основные функции. Те, которые помогают отдельному человеку, например, страдающему таким заболеванием, как рассеянный склероз, и те, которые помогают общим системам, таким как аптеки и больницы.
Роботы, используемые в домашней автоматизации, со временем развивались от простых базовых роботов-помощников, таких как Handy 1 , [178] до полуавтономных роботов, таких как FRIEND, которые могут помогать пожилым людям и людям с ограниченными возможностями в выполнении обычных задач.
Население стареет во многих странах, особенно в Японии, а это означает, что растет число пожилых людей, о которых нужно заботиться, но относительно меньше молодых людей, о которых нужно заботиться. [179] [180] Люди — лучшие сиделки, но там, где они недоступны, постепенно внедряются роботы. [181]
FRIEND — это полуавтономный робот, предназначенный для помощи людям с ограниченными возможностями и пожилым людям в их повседневной жизни, например, в приготовлении и подаче еды. FRIEND позволяет пациентам , страдающим параличом нижних конечностей , мышечными заболеваниями или серьезными параличами (в результате инсульта и т. д.), выполнять задачи без помощи других людей, таких как терапевты или медперсонал.
Script Pro производит робота, который помогает аптекам выписывать рецепты на твердые вещества для перорального приема или лекарства в форме таблеток. [182] [ нужен лучший источник ] Фармацевт или фармацевт вводит информацию о рецепте в свою информационную систему. Система, определив, есть ли препарат в роботе, отправит информацию роботу для заполнения. Робот имеет 3 флакона разного размера, которые можно заполнить в зависимости от размера таблетки. Техник-робототехник, пользователь или фармацевт определяет необходимый размер флакона на основе планшета, когда робот находится на складе. После наполнения флакона он подается на конвейерную ленту, которая доставляет его к держателю, который вращает флакон и прикрепляет этикетку для пациента. После этого он устанавливается на другой конвейер, который доставляет флакон с лекарством пациента в слот, обозначенный именем пациента на светодиодном индикаторе. Затем фармацевт или технический специалист проверяет содержимое флакона, чтобы убедиться, что это препарат, подходящий конкретному пациенту, а затем запечатывает флаконы и отправляет их забрать.
Robot RX от McKesson — еще один роботизированный продукт в сфере здравоохранения, который помогает аптекам ежедневно выдавать тысячи лекарств практически без ошибок. [183] Робот может иметь ширину десять футов и длину тридцать футов и может вмещать сотни различных видов лекарств и тысячи доз. Аптека экономит много ресурсов, таких как сотрудники, которые в противном случае были бы недоступны в отрасли с дефицитом ресурсов. В нем используется электромеханическая головка в сочетании с пневматической системой для захвата каждой дозы и доставки ее либо к месту хранения, либо к месту выдачи. Головка движется вдоль одной оси и поворачивается на 180 градусов, чтобы вытягивать лекарства. Во время этого процесса он использует технологию штрих-кода , чтобы убедиться, что он извлекает правильный препарат. Затем он доставляет лекарство в контейнер для конкретного пациента на конвейерной ленте. Как только контейнер заполняется всеми лекарствами, необходимыми конкретному пациенту и которые есть в наличии у робота, контейнер освобождается и возвращается на конвейерную ленту к технику, ожидающему загрузки его в тележку для доставки на этаж.
В то время как большинство роботов сегодня установлены на заводах или в домах, выполняя трудовые или спасательные работы, в лабораториях по всему миру разрабатывается множество новых типов роботов . Большая часть исследований в области робототехники сосредоточена не на конкретных промышленных задачах, а на исследованиях новых типов роботов, альтернативных способов мышления или проектирования роботов, а также новых способов их производства. Ожидается, что эти новые типы роботов смогут решать проблемы реального мира, когда они наконец будут реализованы. [ нужна цитата ]
Один из подходов к созданию роботов — создать их на основе животных. BionicKangaroo был спроектирован и создан путем изучения и применения физиологии и методов передвижения кенгуру.
Наноробототехника — это новая технологическая область создания машин или роботов, компоненты которых имеют размер микроскопического масштаба нанометра ( 10–9 метров ) или близкий к нему. Также известные как «наноботы» или «наниты», они будут построены из молекулярных машин . До сих пор исследователи в основном создавали только части этих сложных систем, такие как подшипники, датчики и синтетические молекулярные двигатели , но были созданы и функционирующие роботы, такие как участники конкурса Nanobot Robocup. [184] Исследователи также надеются, что смогут создавать целых роботов размером с вирусы или бактерии, которые смогут выполнять задачи в крошечных масштабах. Возможные применения включают микрохирургию (на уровне отдельных клеток ), туман , [185] производство, вооружение и очистку. [186] Некоторые люди предполагают, что если бы существовали нанороботы, которые могли бы размножаться, земля превратилась бы в « серую слизь », в то время как другие утверждают, что этот гипотетический результат — нонсенс. [187] [188]
Некоторые исследователи исследовали возможность создания роботов, которые могут изменять свою физическую форму для выполнения конкретной задачи, [189] как вымышленный Т-1000 . Однако настоящие роботы далеко не так сложны и в основном состоят из небольшого количества блоков кубической формы, которые могут перемещаться относительно своих соседей. Алгоритмы были разработаны на случай, если такие роботы станут реальностью. [190]
В июле 2020 года ученые сообщили о разработке мобильного робота-химика и продемонстрировали, что он может помочь в экспериментальных поисках. По словам ученых, их стратегия заключалась в автоматизации исследователя, а не инструментов, что освобождало время исследователям-людям для творческого мышления, и позволяло идентифицировать смеси фотокатализаторов для производства водорода из воды, которые были в шесть раз более активными, чем первоначальные составы. Модульный робот может управлять лабораторными приборами, работать практически круглосуточно и автономно принимать решения о своих дальнейших действиях в зависимости от результатов экспериментов. [191] [192]
Роботы с силиконовыми телами и гибкими приводами ( воздушные мышцы , электроактивные полимеры и феррожидкости ) выглядят и ощущаются иначе, чем роботы с жестким скелетом, и могут вести себя по-разному. [193] Мягкие, гибкие (а иногда даже мягкие) роботы часто проектируются так, чтобы имитировать биомеханику животных и других существ, встречающихся в природе, что приводит к новым применениям в медицине, уходе, поиске и спасении, обработке и производстве пищевых продуктов, и научные исследования. [194] [195]
Вдохновленные колониями насекомых, таких как муравьи и пчелы , исследователи моделируют поведение стаи тысяч крошечных роботов, которые вместе выполняют полезную задачу, например, находят что-то спрятанное, убирают или шпионят. Каждый робот довольно прост, но возникающее поведение роя более сложное. Всю совокупность роботов можно рассматривать как одну распределенную систему, точно так же, как колонию муравьев можно считать суперорганизмом , обладающим роевым интеллектом . К крупнейшим созданным на данный момент роям относятся рой iRobot, проект SRI/MobileRobots CentiBots [196] и рой Micro-robotic Project с открытым исходным кодом, которые используются для исследования коллективного поведения. [197] [198] Рои также более устойчивы к сбоям. В то время как один большой робот может потерпеть неудачу и разрушить миссию, рой может продолжить работу, даже если несколько роботов потерпят неудачу. Это может сделать их привлекательными для миссий по исследованию космоса, где неудача обычно обходится чрезвычайно дорого. [199]
Робототехника также находит применение при разработке интерфейсов виртуальной реальности . Специализированные роботы широко используются в исследовательском сообществе, занимающемся тактильными ощущениями . Эти роботы, называемые «тактильными интерфейсами», позволяют пользователю сенсорно взаимодействовать с реальной и виртуальной средой. Роботизированные силы позволяют моделировать механические свойства «виртуальных» объектов, которые пользователи могут ощущать посредством осязания . [200]
Роботы используются современными художниками для создания произведений, включающих механическую автоматизацию. Существует множество ветвей роботизированного искусства, одной из которых является искусство роботизированной инсталляции , тип искусства инсталляции , который запрограммирован реагировать на взаимодействия со зрителем с помощью компьютеров, датчиков и исполнительных механизмов. Таким образом, будущее поведение таких инсталляций может быть изменено вкладом художника или участника, что отличает эти произведения искусства от других типов кинетического искусства .
Le Grand Palais в Париже организовал выставку «Художники и роботы», на которой в 2018 году были представлены произведения более сорока художников, созданные с помощью роботов. [201]
Роботизированные персонажи, андроиды (искусственные мужчины/женщины) или гиноиды (искусственные женщины) и киборги (также « бионические мужчины/женщины» или люди со значительными механическими усовершенствованиями) стали основными продуктами научной фантастики.
Первое упоминание в западной литературе механических слуг появляется в « Илиаде » Гомера . В XVIII книге Гефест , бог огня, создает новые доспехи для героя Ахилла с помощью роботов. [202] Согласно переводу Рье , «Золотые служанки поспешили на помощь своему хозяину. Они выглядели как настоящие женщины и могли не только говорить и пользоваться своими конечностями, но были наделены интеллектом и обучены ручной работе бессмертными богами». Для их описания не используются слова «робот» или «андроид», но, тем не менее, они представляют собой механические устройства, похожие на людей. «Слово «Робот» впервые использовалось в пьесе Карела Чапека RUR (Универсальные роботы Россума) (написанной в 1920 году)». Писатель Карел Чапек родился в Чехословакии (Чехия).
Вероятно, самым плодовитым автором двадцатого века был Айзек Азимов (1920–1992) [203] , опубликовавший более пятисот книг. [204] Азимова, вероятно, больше всего помнят за его научно-фантастические рассказы, особенно о роботах, где он поместил роботов и их взаимодействие с обществом в центр многих своих работ. [205] [206] Азимов тщательно рассмотрел проблему идеального набора инструкций, которые можно было бы дать роботам, чтобы снизить риск для людей, и пришел к своим трем законам робототехники : робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить причинение вреда человеку; робот должен подчиняться приказам, отдаваемым ему людьми, за исключением случаев, когда такие приказы противоречат Первому Закону; и робот должен защищать свое существование до тех пор, пока такая защита не противоречит Первому или Второму закону. [207] Они были представлены в его рассказе 1942 года «Обход», хотя и предвещались в нескольких более ранних рассказах. Позже Азимов добавил Нулевой закон: «Робот не может причинить вред человечеству или своим бездействием допустить, чтобы человечеству был причинен вред»; остальные законы последовательно изменяются, чтобы признать это.
Согласно Оксфордскому словарю английского языка, первый отрывок из рассказа Азимова « Лжец! » (1941), в котором упоминается Первый закон, является самым ранним зарегистрированным использованием слова « робототехника» . Азимов изначально не знал об этом; он предполагал, что это слово уже существовало по аналогии с механикой, гидравликой и другими подобными терминами, обозначающими отрасли прикладного знания. [208]
Роботы используются во многих соревновательных мероприятиях. Соревнования по боям роботов были популяризированы телевизионными шоу, такими как « Войны роботов» и «Боевые боты» , в которых участвуют в основном «роботы» с дистанционным управлением, которые соревнуются друг с другом напрямую, используя различное вооружение. Существуют также любительские лиги боевых роботов, действующие по всему миру за пределами телевизионных мероприятий. Мероприятия Micromouse , в которых автономные роботы соревнуются в преодолении лабиринтов или других полос препятствий, также проводятся на международном уровне.
Соревнования роботов также часто используются в образовательных учреждениях, чтобы познакомить детей с концепцией робототехники, например, ПЕРВЫЕ соревнования по робототехнике в США.
Роботы появляются во многих фильмах. Большинство роботов в кино вымышлены. Двумя наиболее известными являются R2-D2 и C-3PO из франшизы «Звездные войны» .
Концепция гуманоидных секс-роботов привлекла внимание общественности и вызвала споры относительно их предполагаемых преимуществ и потенциального воздействия на общество. Противники утверждают, что внедрение таких устройств будет социально вредным и унизительным для женщин и детей, [209] в то время как сторонники ссылаются на их потенциальную терапевтическую пользу, особенно в помощи людям с деменцией или депрессией . [210]
Страхи и опасения по поводу роботов неоднократно выражались в самых разных книгах и фильмах. Общей темой является развитие высшей расы сознательных и высокоинтеллектуальных роботов, стремящихся захватить или уничтожить человеческую расу. «Франкенштейн» (1818), который часто называют первым научно-фантастическим романом, стал синонимом темы робота или андроида, превосходящего своего создателя.
Другие работы на подобные темы включают «Механический человек» , «Терминатор », «Беглец », «Робокоп» , «Репликаторы в «Звездных вратах» , «Сайлоны в «Звездном крейсере Галактика» , « Киберлюди и далековы в «Докторе Кто » , « Матрица» , «Энтиран» и «Я, робот» . Некоторые вымышленные роботы запрограммированы убивать и разрушать; другие обретают сверхчеловеческий интеллект и способности, модернизируя собственное программное и аппаратное обеспечение. Примерами популярных СМИ, где робот становится злом, являются «2001: Космическая одиссея» , «Красная планета» и «Энтиран» .
Игра Horizon Zero Dawn 2017 года исследует темы робототехники в войне, этики роботов и проблемы управления ИИ , а также положительное или отрицательное влияние, которое такие технологии могут оказать на окружающую среду.
Еще одна распространенная тема — это реакция, которую иногда называют « жуткой долиной », беспокойства и даже отвращения при виде роботов, которые слишком точно имитируют людей. [110]
Совсем недавно вымышленные изображения роботов с искусственным интеллектом в таких фильмах, как « Искусственный интеллект ИИ » и «Из машины» , а также в телеадаптации « Мира Дикого Запада» 2016 года вызвали симпатию аудитории к самим роботам.
В 1961 году General Motors поставила первый рычаг Unimate на сборочную линию на заводе компании в Юинг-Тауншип, штат Нью-Джерси, пригороде Трентона.
Устройство использовалось для подъема и укладки литых под давлением металлических деталей, извлеченных из форм в горячем виде.
... датой проектирования и возможной постройки этого робота был 1495 год ... Начиная с 1950-х годов исследователи Калифорнийского университета начали размышлять о значении некоторых отметок да Винчи на том, что казалось техническим. рисунки... Сейчас известно, что робот да Винчи имел внешний облик германского рыцаря.
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )Ранняя версия системы Handy 1 состояла из роботизированной руки Cyber 310 с пятью степенями свободы и захватом.
... вполне возможно, самый плодовитый
наиболее плодовитые авторы Азимова.