Робот — это машина , особенно та, которая программируется компьютером , способная автоматически выполнять сложную серию действий. [2] Робот может управляться внешним устройством управления, или управление может быть встроено внутрь. Роботы могут быть сконструированы так, чтобы вызывать человеческую форму , но большинство роботов — это машины для выполнения задач, разработанные с упором на строгую функциональность, а не на выразительную эстетику.
Роботы могут быть автономными или полуавтономными и варьируются от гуманоидов, таких как Honda Advanced Step in Innovative Mobility ( ASIMO ) и TOSY Ping Pong Playing Robot ( TOPIO ) до промышленных роботов , медицинских операционных роботов , роботов-помощников пациентам, роботов для терапии собак, коллективно программируемых роевых роботов , беспилотных летательных аппаратов, таких как General Atomics MQ-1 Predator , и даже микроскопических нанороботов . Подражая реалистичному внешнему виду или автоматизируя движения, робот может передавать ощущение интеллекта или собственной мысли . Ожидается, что в будущем автономные вещи будут распространяться, причем основными драйверами станут домашняя робототехника и автономный автомобиль . [3]
Отрасль технологий, которая занимается проектированием, конструированием, эксплуатацией и применением роботов [4] , а также компьютерных систем для их управления, сенсорной обратной связи и обработки информации , называется робототехникой . Эти технологии имеют дело с автоматизированными машинами, которые могут занять место людей в опасных средах или производственных процессах , или напоминать людей по внешнему виду, поведению или познанию. Многие из современных роботов вдохновлены природой, внося вклад в область био-вдохновленной робототехники . Эти роботы также создали новую отрасль робототехники: мягкую робототехнику .
Со времен древней цивилизации было много сообщений о настраиваемых пользователем автоматизированных устройствах и даже автоматах, напоминающих людей и других животных, таких как аниматроника , разработанных в первую очередь для развлечения. По мере развития механических технологий в индустриальную эпоху , появились и более практические приложения, такие как автоматизированные машины, дистанционное управление и беспроводное дистанционное управление .
Термин происходит от славянского корня robot- , со значением, связанным с трудом. Слово «робот» впервые было использовано для обозначения вымышленного гуманоида в чешскоязычной пьесе 1920 года RUR ( Rossumovi Univerzální Roboti – Россумские универсальные роботы ) Карела Чапека , хотя настоящим изобретателем слова был брат Карела Йозеф Чапек . [5] [6] [7] Электроника превратилась в движущую силу 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 конце 1940-х годов Джоном Т. Парсонсом и Фрэнком Л. Штуленом .
Первый коммерческий, цифровой и программируемый робот был построен Джорджем Деволом в 1954 году и был назван Unimate . Он был продан General Motors в 1961 году, где он использовался для подъема кусков горячего металла из литейных машин на заводе Inland Fisher Guide Plant в районе Западный Трентон города Юинг, штат Нью-Джерси . [8]
Роботы заменили людей [9] в выполнении повторяющихся и опасных задач, которые люди предпочитают не делать или не могут делать из-за ограничений по размеру, или которые происходят в экстремальных условиях, таких как открытый космос 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 действиях вызывает этические проблемы. Возможности автономности роботов и потенциальные последствия рассматривались в художественной литературе и могут стать реалистичной 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 отнести к роботам, но среди экспертов и общественности существует общее согласие в том, что роботы, как правило, обладают некоторыми или всеми из следующих способностей и функций: принимают электронное программирование, обрабатывают данные или физические восприятия в электронном виде, работают автономно в некоторой степени, передвигаются, управляют физическими частями себя или физическими процессами, ощущают и манипулируют своей средой и демонстрируют разумное поведение, особенно поведение, которое имитирует людей или других животных. [12] [13] С концепцией робота связана область синтетической биологии , которая изучает сущности, природа которых больше сопоставима с живыми существами, чем с машинами.
Идея автоматов берет свое начало в мифологиях многих культур по всему миру. 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 Моцзы и Лу Баня , [17] «говорящий» автомат Герона Александрийского , автомат-умывальник 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] ( Вулканом у римлян), глиняные големы еврейской легенды и глиняные великаны скандинавской легенды, а также Галатея , мифическая статуя Пигмалиона , которая ожила. Начиная примерно с 400 г. до н. э., мифы Крита включают Талоса , человека из бронзы, который охранял остров от пиратов.
В Древней Греции греческий инженер Ктесибий (ок. 270 г. до н. э.) «применил знания пневматики и гидравлики для создания первого органа и водяных часов с движущимися фигурами». [19] : 2 [20] В 4 веке до н. э. греческий математик Архит из Тарента постулировал механическую паровую птицу, которую он назвал «Голубь». Герон Александрийский (10–70 гг. н. э.) , греческий математик и изобретатель, создал множество настраиваемых пользователем автоматизированных устройств и описал машины, работающие от давления воздуха, пара и воды. [21]
В «Локапаннатти» XI века рассказывается о том, как реликвии Будды защищались механическими роботами (бхута вахана янта) из королевства Рома Вишайя (Рим); пока их не разоружил царь Ашока . [22]
В древнем Китае текст 3-го века Ли Цзы описывает рассказ о гуманоидных автоматах, включая гораздо более раннюю встречу китайского императора короля Му из Чжоу и инженера-механика, известного как Янь Ши, «ремесленника». Янь Ши с гордостью представил королю фигуру в натуральную величину в форме человека, своего механического «творения», сделанного из кожи, дерева и искусственных органов. [14] Также есть рассказы о летающих автоматах в Хань Фэй Цзы и других текстах, которые приписывают моистскому философу Моцзы 5-го века до н. э. и его современнику Лу Баню изобретение искусственных деревянных птиц ( ма юань ), которые могли успешно летать. [17]
_(20481431946).jpg/1280px-Bulletin_-_United_States_National_Museum_(1959)_(20481431946).jpg)
В 1066 году китайский изобретатель Су Сун построил водяные часы в форме башни, в которой были механические фигурки, отбивающие часы. [23] [24] [25] Его механизм имел программируемую барабанную машину с колышками ( кулачками ), которые натыкались на маленькие рычаги , которые управляли ударными инструментами. Барабанщика можно было заставить играть разные ритмы и разные барабанные узоры, перемещая колышки в разные места. [25]
«Самарангана Сутрадхара» , санскритский трактат Бходжи (XI век), включает главу о создании механических приспособлений ( автоматов ), включая механических пчел и птиц, фонтаны в форме людей и животных, а также мужские и женские куклы, которые наполняли масляные лампы, танцевали, играли на музыкальных инструментах и воспроизводили сцены из индуистской мифологии. [26] [27] [28]
Мусульманский ученый 13-го века Исмаил аль-Джазари создал несколько автоматизированных 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, из которого напиток капал в ведро и, через семь минут, в чашку, после чего официантка появлялась из автоматической двери, подавая напиток. [32] Аль-Джазари изобрел автомат для мытья рук, включающий механизм смыва, который сейчас используется в современных туалетах со смывом . Он представляет собой женщину- гуманоида, стоящую у раковины, наполненной водой. Когда пользователь тянет за рычаг, вода сливается, и женщина-автомат наполняет раковину. [19]
Марк Э. Росхайм 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 драматической иллюзии, но и к манипулированию окружающей средой для человеческого комфорта. Таким образом, наибольший вклад, который внесли арабы, помимо сохранения, распространения и развития работы греков, заключался в концепции практического применения. Это был ключевой элемент, которого не хватало греческой робототехнической науке. [19] : 9
В XIV веке на коронации Ричарда II Английского присутствовал ангел-автомат. [34]
В эпоху Возрождения в Италии Леонардо да Винчи (1452–1519) набросал планы гуманоидного робота около 1495 года. Записные книжки да Винчи, вновь обнаруженные в 1950-х годах, содержали подробные чертежи механического рыцаря, теперь известного как робот Леонардо , способного сидеть, махать руками и двигать головой и челюстью. [35] Конструкция, вероятно, была основана на анатомических исследованиях, записанных в его «Витрувианском человеке» . Неизвестно, пытался ли он построить его. Согласно Encyclopaedia Britannica , 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 18 веке в Karakuri zui ( Иллюстрированные машины , 1796). Одним из таких автоматов был karakuri ningyō , механизированная кукла . [36] Существовали различные вариации каракури: Butai karakuri , которые использовались в театре, Zashiki karakuri , которые были маленькими и использовались в домах, и Dashi karakuri , которые использовались на религиозных праздниках, где куклы использовались для воссоздания традиционных мифов и легенд .
Во Франции между 1738 и 1739 годами Жак де Вокансон выставил несколько автоматов в натуральную величину: флейтиста, трубача и утку. Механическая утка могла хлопать крыльями, вытягивать шею и глотать пищу из рук экспонента, и она создавала иллюзию переваривания пищи, выделяя вещество, хранящееся в скрытом отсеке. [37] Примерно 30 лет спустя в Швейцарии часовщик Пьер Жаке-Дро создал несколько сложных механических фигур, которые могли писать и играть музыку. Некоторые из этих устройств все еще 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 дистанционно управляемые торпеды были созданы Джоном Эрикссоном ( пневматические ), Джоном Луисом Лэем (электропроводные) и Виктором фон Шелихой (электропроводные). [39]
Торпеда Бреннана , изобретенная Луисом Бреннаном в 1877 году, приводилась в действие двумя вращающимися в противоположных направлениях винтами, которые вращались за счет быстрого вытягивания проводов из барабанов, намотанных внутри торпеды . Разная скорость проводов, соединенных с береговой станцией, позволяла направлять торпеду к цели, что делало ее «первой в мире практической управляемой ракетой ». [40] В 1897 году британский изобретатель Эрнест Уилсон получил патент на торпеду, дистанционно управляемую «Герцевыми» (радио) волнами [41] [42] , а в 1898 году Никола Тесла публично продемонстрировал беспроводную управляемую торпеду , которую он надеялся продать ВМС США . [43] [44]
В 1903 году испанский инженер Леонардо Торрес Кеведо продемонстрировал в Парижской академии наук систему радиоуправления под названием Telekino , [45] которую он хотел использовать для управления дирижаблем собственной конструкции. Он получил несколько патентов на систему в других странах. [46] [47] В отличие от предыдущих методов «вкл / выкл», Торрес разработал метод управления любым механическим или электрическим устройством с различными состояниями работы. [48] Telekino дистанционно управлял трехколесным велосипедом в 1904 году, что считается первым случаем беспилотного наземного транспортного средства , и электрической лодкой с экипажем в 1906 году, которая управлялась на расстоянии более 2 км. [49]
Арчибальд Лоу , известный как «отец систем радионаведения» за его новаторскую работу над управляемыми ракетами и самолетами во время Первой мировой войны . В 1917 году он продемонстрировал дистанционно управляемый самолет Королевскому летному корпусу и в том же году построил первую управляемую по проводам ракету.
В 1928 году один из первых человекоподобных роботов, Эрик , был представлен на ежегодной выставке Model Engineers Society в Лондоне, где он выступил с речью. Изобретенный WH Richards, каркас робота состоял из алюминиевого корпуса брони с одиннадцатью электромагнитами и одним двигателем, работающим от источника питания на двенадцать вольт. Робот мог двигать руками и головой и мог управляться с помощью дистанционного управления или голосового управления. [50] И Эрик, и его «брат» Джордж путешествовали по миру. [51]
Корпорация Westinghouse Electric построила Televox в 1926 году; это была картонная фигура, подключенная к различным устройствам, которые пользователи могли включать и выключать. В 1939 году на Всемирной выставке в Нью-Йорке 1939 года дебютировал человекоподобный робот, известный как Elektro . [52] [53] Ростом в семь футов (2,1 м) и весом в 265 фунтов (120,2 кг), он мог ходить по голосовым командам, говорить около 700 слов (используя проигрыватель на 78 об/мин ), курить сигареты, надувать воздушные шары и двигать головой и руками. Тело состояло из стальной шестерни, кулачка и моторного скелета, покрытого алюминиевой оболочкой. В 1928 году первый японский робот, Gakutensoku , был спроектирован и построен биологом Макото Нисимура.
Немецкая летающая бомба V-1 была оснащена системами автоматического наведения и контроля дальности, летела по заданному курсу (который мог включать поворот на 90 градусов) и входила в конечное пикирование после заданного расстояния. В современных описаниях ее называли «роботом» [54]
Первые электронные автономные роботы со сложным поведением были созданы Уильямом Греем Уолтером из Неврологического института Бёрдена в Бристоле , Англия, в 1948 и 1949 годах. Он хотел доказать, что обширные связи между небольшим количеством мозговых клеток могут порождать очень сложное поведение — по сути, секрет того, как работает мозг, заключается в том, как он подключен. Его первые роботы, названные Элмером и Элси , были построены между 1948 и 1949 годами и часто описывались как черепахи из-за их формы и медленной скорости движения. Трехколесные роботы-черепахи были способны к фототаксису , 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, все обращались к взгляду на ментальные процессы с точки зрения цифровых вычислений . Его работа вдохновила последующие поколения исследователей робототехники, таких как Родни Брукс , Ганс Моравец и Марк Тилден . Современные воплощения черепашек Уолтера можно найти в форме робототехники BEAM . [55]
Первый робот с цифровым управлением и программированием был изобретен Джорджем Деволом в 1954 году и в конечном итоге был назван Unimate . Это в конечном итоге заложило основы современной робототехнической промышленности. [56] Девол продал первый Unimate компании General Motors в 1960 году, и он был установлен в 1961 году на заводе в Трентоне, штат Нью-Джерси, для подъема горячих кусков металла из машины для литья под давлением и их штабелирования. [57]
Первый робот-паллетизатор был представлен в 1963 году компанией Fuji Yusoki Kogyo. [58] В 1973 году робот с шестью электромеханическими осями был запатентован [59] [60] [61] компанией KUKA robotics в Германии, а программируемая универсальная манипуляторная рука была изобретена Виктором Шейнманом в 1976 году, и конструкция была продана компании Unimation .
Коммерческие и промышленные роботы в настоящее время широко используются, выполняя работу дешевле или с большей точностью и надежностью, чем люди. Они также используются для работ, которые слишком грязные, опасные или скучные, чтобы быть подходящими для людей. Роботы широко используются в производстве, сборке и упаковке, транспорте, исследовании Земли и космоса, хирургии, вооружении, лабораторных исследованиях и массовом производстве потребительских и промышленных товаров. [62]
Появились различные методы для развития науки робототехники и роботов. Один из методов — эволюционная робототехника , в которой ряд различных роботов подвергается испытаниям. Те, которые работают лучше всего, используются в качестве модели для создания последующего «поколения» роботов. Другой метод — развивающая робототехника , которая отслеживает изменения и развитие в пределах одного робота в областях решения проблем и других функций. Недавно был представлен еще один новый тип робота, который действует как смартфон и робот, и называется RoboHon. [63]
По мере того, как роботы становятся все более продвинутыми, в конечном итоге может появиться стандартная компьютерная операционная система, разработанная в основном для роботов. Операционная система для роботов (ROS) — это набор программ с открытым исходным кодом, разрабатываемый в Стэнфордском университете , Массачусетском технологическом институте и Мюнхенском техническом университете , Германия, среди прочих. ROS предоставляет способы программирования навигации и конечностей робота независимо от конкретного задействованного оборудования. Она также предоставляет высокоуровневые команды для таких элементов, как распознавание изображений и даже открытие дверей. Когда ROS загружается на компьютер робота, она будет получать данные о таких атрибутах, как длина и движение конечностей робота. Она будет передавать эти данные в алгоритмы более высокого уровня. Microsoft также разрабатывает систему «Windows для роботов» с помощью своей Robotics Developer Studio, которая доступна с 2007 года. [64]
Япония надеется осуществить полномасштабную коммерциализацию сервисных роботов к 2025 году. Большая часть технологических исследований в Японии проводится японскими правительственными учреждениями, в частности Министерством торговли. [65]
Многие будущие применения робототехники кажутся людям очевидными, хотя они и находятся далеко за пределами возможностей роботов, доступных на момент предсказания. [66] [67] Еще в 1982 году люди были уверены, что когда-нибудь роботы будут: [68] 1. Чистить детали, удаляя облой литья 2. Красить распылением автомобили без всякого присутствия человека 3. Упаковывать вещи в коробки — например, ориентировать и укладывать шоколадные конфеты в коробки 4. Создавать электрические жгуты кабелей 5. Загружать грузовики коробками — проблема упаковки 6. Обрабатывать мягкие товары, такие как одежда и обувь 7. Стричь овец 8. Использоваться в качестве протезов 9. Готовить фаст-фуд и работать в других сферах услуг 10. Работать в качестве домашнего робота.
Как правило, такие прогнозы чрезмерно оптимистичны во временных рамках.
В 2008 году компания Caterpillar Inc. разработала самосвал, который может ездить сам по себе, без участия человека-оператора. [69] Многие аналитики полагают, что самоуправляемые грузовики могут в конечном итоге произвести революцию в логистике. [70] К 2014 году у Caterpillar был самоуправляемый самосвал, который, как ожидается, значительно изменит процесс добычи полезных ископаемых. В 2015 году эти грузовики Caterpillar активно использовались в горнодобывающих работах в Австралии горнодобывающей компанией Rio Tinto Coal Australia . [71] [72] [73] [74] Некоторые аналитики полагают, что в течение следующих нескольких десятилетий большинство грузовиков будут самоуправляемыми. [75]
Грамотный или «читающий робот» по имени Мардж обладает интеллектом, который исходит от программного обеспечения. Она может читать газеты, находить и исправлять неправильно написанные слова, узнавать о банках, таких как Barclays, и понимать, что некоторые рестораны — лучшие места для еды, чем другие. [76]
Baxter — это новый робот, представленный в 2012 году, который обучается под руководством. Рабочий может научить Baxter, как выполнять задачу, перемещая его руки в желаемом направлении и заставляя Baxter запомнить их. Дополнительные циферблаты, кнопки и элементы управления доступны на руке Baxter для большей точности и функций. Любой обычный рабочий может запрограммировать Baxter, и это займет всего несколько минут, в отличие от обычных промышленных роботов, для использования которых требуются обширные программы и кодирование. Это означает, что Baxter не нуждается в программировании для работы. Не нужны инженеры-программисты. Это также означает, что Baxter можно научить выполнять несколько более сложных задач. Sawyer был добавлен в 2015 году для более мелких, более точных задач. [77]
Разработаны прототипы роботов-поваров, которые можно запрограммировать на автономное, динамичное и регулируемое приготовление отдельных блюд. [78] [79]
Слово робот было представлено публике чешским писателем межвоенного периода Карелом Чапеком в его пьесе RUR (Россумские универсальные роботы) , опубликованной в 1920 году. [6] Пьеса начинается на фабрике, которая использует химический заменитель протоплазмы для производства живых, упрощенных людей, называемых роботами. Пьеса не фокусируется подробно на технологии, лежащей в основе создания этих живых существ, но своим внешним видом они предвосхищают современные идеи андроидов , существ, которых можно принять за людей. Эти массово производимые рабочие изображены эффективными, но бесчувственными, неспособными к оригинальному мышлению и равнодушными к самосохранению. Вопрос в том, эксплуатируются ли роботы , и каковы последствия зависимости человека 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, ссылаясь на этимологию в Оксфордском словаре английского языка , в котором назвал своего брата, художника и писателя Йозефа Чапека , его фактическим создателем. [6]
В статье в чешском журнале Lidové noviny в 1933 году он объяснил, что изначально хотел назвать этих существ laboři ( ' рабочие ' , от латинского labor ). Однако ему это слово не понравилось, и он обратился за советом к своему брату Йозефу, который предложил roboti . Слово robota буквально означает ' барщина , крепостной труд ' , а в переносном смысле ' тяжелая работа, тяжелая работа ' на чешском языке , а также (в более общем смысле) ' работа, труд ' во многих славянских языках (например: болгарский , русский , сербский , словацкий , польский , македонский , украинский , архаичный чешский, а также robot на венгерском языке ). Традиционно robota (венгерский robot ) был периодом работы, который крепостной (барщина) должен был отработать для своего господина, как правило, шесть месяцев в году. Происхождение слова - старославянское rabota ' рабство ' ( ' работа ' в современных болгарском, македонском и русском языках), которое в свою очередь происходит от протоиндоевропейского корня * orbh- . Robot является однокоренным с немецким Arbeit ' работа ' . [80] [81]
Английское произношение слова довольно быстро изменилось с момента его появления. В США в период с конца 1930-х до начала 1940-х годов оно произносилось как / ˈr oʊ b oʊ t / . [82] [ требуется лучший источник ] К концу 1950-х — началу 1960-х годов некоторые произносили его как / ˈr oʊ b ə t / , в то время как другие использовали / ˈr oʊ b ɒ t /. [ 83] К 1970-м годам его нынешнее произношение / ˈr oʊ b ɒ t / стало преобладающим.
Слово робототехника , используемое для описания этой области исследований, [4] было придумано писателем-фантастом Айзеком Азимовым . Азимов создал Три закона робототехники , которые являются повторяющейся темой в его книгах. С тех пор они использовались многими другими для определения законов, используемых в художественной литературе. (Три закона являются чистой выдумкой, и ни одна из созданных технологий не способна понять или следовать им, и на самом деле большинство роботов служат военным целям, которые полностью противоречат первому закону, а часто и третьему закону. «Люди думают о законах Азимова, но они были созданы, чтобы указать на то, как простая этическая система не работает. Если вы прочитаете короткие рассказы, каждый из них будет о неудаче, и они совершенно непрактичны», - сказала доктор Джоанна Брайсон из Университета Бата. [84] )
Мобильные роботы [85] способны перемещаться в своей среде и не привязаны к одному физическому местоположению. Примером мобильного робота, который широко используется сегодня, является автоматизированное управляемое транспортное средство или автоматическое управляемое транспортное средство (AGV). AGV — это мобильный робот, который следует за маркерами или проводами на полу или использует зрение или лазеры. [86] AGV обсуждаются далее в этой статье.
Мобильные роботы также встречаются в промышленности, военной сфере и сфере безопасности. [87] Они также появляются как потребительские товары, для развлечения или для 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, которые занимаются исследованиями мобильных роботов. [88]
Мобильные роботы обычно используются в строго контролируемых средах, таких как сборочные линии , поскольку им трудно реагировать на неожиданные помехи. 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 военных приложениях. [89]
Промышленные роботы обычно состоят из сочлененной руки (многозвенного манипулятора) и конечного эффектора , который прикреплен к неподвижной поверхности. Одним из наиболее распространенных типов конечного эффектора является узел захвата .
Международная организация по стандартизации дает определение манипуляционного промышленного робота в стандарте ISO 8373 :
«автоматически управляемый, перепрограммируемый, многоцелевой манипулятор, программируемый по трем или более осям, который может быть либо фиксированным на месте, либо мобильным для использования в промышленных автоматизированных приложениях». [90]
Это определение используется Международной федерацией робототехники , Европейской сетью исследований робототехники (EURON) и многими национальными комитетами по стандартам. [91]
Промышленные роботы на заводах по переработке продуктов питания и напитков используются для таких задач, как подача в машины, упаковка и паллетирование, которые заменили множество ручных физических задач. Сложность цифровых навыков, требуемых работниками, варьируется в зависимости от уровня автоматизации и конкретных задач. [92]
Чаще всего промышленные роботы представляют собой фиксированные роботизированные руки и манипуляторы, используемые в основном для производства и распределения товаров. Термин «сервисный робот» менее определен. Международная федерация робототехники предложила предварительное определение: «Сервисный робот — это робот, который работает полу- или полностью автономно для выполнения услуг, полезных для благополучия людей и оборудования, за исключением производственных операций». [93]
Роботы используются в качестве помощников учителей в обучении. С 1980-х годов роботы, такие как черепахи, использовались в школах и программировались с использованием языка Logo . [94] [95]
Существуют наборы роботов, такие как Lego Mindstorms , BIOLOID , OLLO от ROBOTIS или BotBrain Educational Robots, которые могут помочь детям изучить математику, физику, программирование и электронику. Робототехника также была введена в жизнь учеников начальной и средней школы в форме соревнований роботов с компанией FIRST (For Inspiration and Recognition of Science and Technology). Организация является основой для соревнований FIRST Robotics Competition , FIRST Tech Challenge , FIRST Lego League Challenge и FIRST Lego League Explore .
Также были роботы, такие как обучающий компьютер Leachim (1974). [96] Leachim был ранним примером синтеза речи с использованием метода синтеза Diphone . 2-XL (1976) был игрой в форме робота / обучающей игрушкой, основанной на переходах между звуковыми дорожками на 8-дорожечном магнитофоне , оба изобретены Майклом Дж. Фрименом . [97] Позже 8-дорожечный магнитофон был модернизирован до кассетных магнитофонов, а затем до цифровых.
Модульные роботы — это новое поколение роботов, которые разработаны для увеличения использования роботов путем модуляризации их архитектуры. [98] Функциональность и эффективность модульного робота легче увеличить по сравнению с обычными роботами. Эти роботы состоят из одного типа идентичных, нескольких различных идентичных типов модулей или модулей схожей формы, которые различаются по размеру. Их архитектурная структура допускает гиперизбыточность для модульных роботов, поскольку они могут быть спроектированы с более чем 8 степенями свободы (DOF). Создание программирования, обратной кинематики и динамики для модульных роботов сложнее, чем для традиционных роботов. Модульные роботы могут состоять из L-образных модулей, кубических модулей и U- и H-образных модулей. 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 роботизированных систем. Эти «роботы ANAT» могут быть спроектированы с «n» степенями свободы, поскольку каждый модуль представляет собой полную моторизованную роботизированную систему, которая складывается относительно модулей, подключенных до и после него в своей цепи, и поэтому один модуль обеспечивает одну степень свободы. Чем больше модулей соединено друг с другом, тем больше степеней свободы он будет иметь. Модули L-образной формы также могут быть спроектированы в цепочке и должны становиться все меньше по мере увеличения размера цепи, поскольку полезные нагрузки, прикрепленные к концу цепи, оказывают большую нагрузку на модули, которые находятся дальше от основания. Модули ANAT H-образной формы не страдают от этой проблемы, поскольку их конструкция позволяет модульному роботу равномерно распределять давление и удары среди других прикрепленных модулей, и поэтому грузоподъемность не уменьшается по мере увеличения длины руки. Модульные роботы могут быть вручную или самостоятельно переконфигурированы для формирования другого робота, который может выполнять различные приложения. Поскольку модульные роботы одного и того же типа архитектуры состоят из модулей, которые составляют разных модульных роботов, робот со змеиной рукой может объединяться с другим, чтобы сформировать робота с двумя или четырьмя руками, или может разделяться на несколько мобильных роботов, а мобильные роботы могут разделяться на несколько меньших или объединяться с другими в более крупного или другого. Это позволяет одному модульному роботу быть полностью специализированным на одной задаче, а также иметь возможность специализироваться на выполнении нескольких различных задач.
Модульная робототехническая технология в настоящее время применяется в гибридной транспортировке, [99] промышленной автоматизации, [100] очистке воздуховодов [101] и обработке. Многие исследовательские центры и университеты также изучали эту технологию и разработали прототипы.
Коллаборативный робот или кобот — это робот, который может безопасно и эффективно взаимодействовать с людьми-работниками, выполняя простые промышленные задачи. Однако рабочие органы и другие условия окружающей среды могут создавать опасности, и поэтому перед использованием любого промышленного приложения для управления движением следует провести оценку риска. [102]
Коллаборативные роботы, наиболее широко используемые в промышленности сегодня, производятся компанией Universal Robots в Дании. [103]
Rethink Robotics — основанная Родни Бруксом , ранее работавшим в iRobot — представила Baxter в сентябре 2012 года; как промышленного робота, предназначенного для безопасного взаимодействия с соседними рабочими-людьми, и программируемого для выполнения простых задач. [104] Baxter останавливаются, если обнаруживают человека на пути своих роботизированных рук, и имеют выступающие выключатели. Предназначенные для продажи малому бизнесу, они рекламируются как роботизированный аналог персонального компьютера. [105] По состоянию на май 2014 года [обновлять]190 компаний в США купили Baxter, 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 все более продвинутыми и сложными, эксперты и ученые все чаще изучают 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. [113] Одна научная группа заявила, что, возможно, к 2019 году появится мозг робота. [114] Другие предсказывают прорывы в области интеллекта 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 Plug & Pray . [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 в философии, называемой Сингуляритаризмом .
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 полуавтономии, включая способность самостоятельно находить источники энергии и способность самостоятельно выбирать цели для атаки оружием. Они также отметили, что некоторые компьютерные вирусы могут избегать уничтожения и достигли «интеллекта тараканов». Они отметили, что самосознание, как оно изображено в научной фантастике, вероятно, маловероятно, но что существуют другие потенциальные опасности и ловушки. [118] Различные источники в СМИ и научные группы отметили отдельные тенденции в разных областях, которые могут вместе привести к большей функциональности и автономности роботов, и которые вызывают некоторые неотъемлемые опасения. [120] [121] [122]
Некоторые эксперты и ученые подвергают сомнению использование роботов для военных сражений, особенно когда таким роботам придается некоторая степень автономных функций. [123] Также существуют опасения относительно технологий, которые могут позволить некоторым вооруженным роботам управляться в основном другими роботами. [124] ВМС США профинансировали отчет, в котором указывается, что по мере того, как военные роботы становятся все более сложными, следует 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 подвергают это сомнению. [127]
В частности, один робот, EATR , вызвал обеспокоенность общественности [128] по поводу источника его топлива, поскольку он может постоянно дозаправляться, используя органические вещества. [129] Хотя двигатель для EATR разработан для работы на биомассе и растительности [130], специально отобранных его датчиками, которые он может найти на полях сражений или в других локальных условиях, проект заявил, что куриный жир также может быть использован. [131]
Мануэль Де Ланда отметил, что «умные ракеты» и автономные бомбы, оснащенные искусственным восприятием, можно считать роботами, поскольку они принимают некоторые решения автономно. Он считает, что это представляет собой важную и опасную тенденцию, в которой люди передают важные решения машинам. [132]
На протяжении столетий люди предсказывали, что машины сделают рабочих ненужными и увеличат безработицу , хотя обычно считается, что причины безработицы кроются в социальной политике. [133] [134] [135]
Недавний пример замены людей касается тайваньской технологической компании Foxconn , которая в июле 2011 года объявила о трехлетнем плане замены рабочих большим количеством роботов. В настоящее время компания использует десять тысяч роботов, но увеличит их число до миллиона в течение трехлетнего периода. [136]
Юристы предположили, что растущее распространение роботов на рабочих местах может привести к необходимости совершенствования законов об увольнениях. [137]
Кевин Дж. Делани сказал: «Роботы отнимают у людей рабочие места. Но Билл Гейтс считает, что правительства должны облагать налогом использование их компаниями, чтобы хотя бы временно замедлить распространение автоматизации и финансировать другие виды занятости». [138] Налог на роботов также поможет выплачивать гарантированную заработную плату прожиточного минимума уволенным работникам.
В Докладе Всемирного банка о мировом развитии за 2019 год приводятся данные, показывающие, 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 области их использования: автономные роботы общего назначения и специализированные роботы.
Роботы могут быть классифицированы по специфике их назначения. Робот может быть разработан для выполнения одной конкретной задачи очень хорошо или ряда задач менее хорошо. Все роботы по своей природе могут быть перепрограммированы для другого поведения, но некоторые ограничены своей физической формой. Например, заводской робот-манипулятор может выполнять такие работы, как резка, сварка, склеивание или выступать в качестве аттракциона на ярмарке, в то время как робот-перехватчик может только заполнять печатные платы.
Автономные роботы общего назначения могут выполнять множество функций независимо. Автономные роботы общего назначения обычно могут самостоятельно перемещаться в известных пространствах, самостоятельно справляться с потребностями в подзарядке, взаимодействовать с электронными дверями и лифтами и выполнять другие основные задачи. Как и компьютеры, роботы общего назначения могут связываться с сетями, программным обеспечением и аксессуарами, которые повышают их полезность. Они могут распознавать людей или предметы, разговаривать, обеспечивать компанию, 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 могут брать на себя разные роли в разное время суток. Некоторые такие роботы пытаются имитировать людей и могут даже напоминать людей внешне; этот тип робота называется гуманоидным роботом. Гуманоидные роботы все еще находятся на очень ограниченной стадии, поскольку ни один гуманоидный робот пока не может фактически перемещаться по комнате, в которой он никогда не был. [140] Таким образом, гуманоидные роботы действительно весьма ограничены, несмотря на их разумное поведение в хорошо известных им средах.
За последние три десятилетия на автомобильных заводах доминируют роботы. Типичный завод содержит сотни промышленных роботов, работающих на полностью автоматизированных производственных линиях, с одним роботом на каждые десять рабочих-людей. На автоматизированной производственной линии шасси транспортного средства на конвейере сваривается , склеивается , красится и, наконец, собирается на последовательности роботизированных станций.
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.
Массовые печатные платы (ПП) почти исключительно изготавливаются роботами-перехватчиками, как правило, с манипуляторами SCARA , которые снимают крошечные электронные компоненты с полос или лотков и устанавливают их на ПП с большой точностью. [141] Такие роботы могут устанавливать сотни тысяч компонентов в час, намного превосходя человека по скорости, точности и надежности. [142]
Мобильные роботы, следующие по маркерам или проводам на полу, или использующие зрение [86] или лазеры, используются для транспортировки грузов по крупным объектам, таким как склады, контейнерные порты или больницы. [143]
Ограничено задачами, которые можно было точно определить и которые нужно было выполнять одинаково каждый раз. Требовалось очень мало обратной связи или интеллекта, и роботам нужны были только самые базовые экстероцепторы (датчики). Ограничения этих AGV заключаются в том, что их пути нелегко изменить, и они не могут изменить свои пути, если препятствия блокируют их. Если один AGV сломается, это может остановить всю операцию.
Разработаны для развертывания триангуляции с помощью маяков или сеток штрих-кодов для сканирования на полу или потолке. На большинстве заводов системы триангуляции, как правило, требуют умеренного или высокого обслуживания, например, ежедневной очистки всех маяков или штрих-кодов. Кроме того, если высокий поддон или большое транспортное средство блокируют маяки или штрих-код поврежден, AGV могут потеряться. Часто такие AGV предназначены для использования в среде без людей.
Такие как SmartLoader, [144] SpeciMinder, [145] ADAM, [146] Tug [147] Eskorta, [148] и MT 400 с Motivity [149] разработаны для рабочих пространств, удобных для людей. Они перемещаются, распознавая природные особенности. 3D-сканеры или другие средства зондирования окружающей среды в двух или трех измерениях помогают устранить кумулятивные ошибки в расчетах точного счисления текущего положения AGV. Некоторые AGV могут создавать карты своей 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 фотошаблонов в полупроводниковой лаборатории, образцов в больницах и товаров на складах. Для динамических зон, таких как склады, заполненные поддонами, AGV требуют дополнительных стратегий с использованием трехмерных датчиков, таких как камеры времени пролета или стереозрения .
Есть много работ, которые люди предпочли бы оставить роботам. Работа может быть скучной, например, уборка дома или разметка спортивного поля , или опасной, например, исследование вулкана . [ 150] Другие работы физически недоступны, например, исследование другой планеты , [151] очистка внутренней части длинной трубы или проведение лапароскопической операции. [152]
Почти каждый беспилотный космический зонд , когда-либо запущенный, был роботом. [153] [154] Некоторые из них были запущены в 1960-х годах с очень ограниченными возможностями, но их способность летать и приземляться (в случае Луны 9 ) является показателем их статуса как робота. Сюда входят зонды Voyager и Galileo, среди прочих.
Телеуправляемые роботы , или телероботы, представляют собой устройства, которыми дистанционно управляет человек-оператор, а не которые выполняют заданную последовательность движений, но которые имеют полуавтономное поведение. Они используются, когда человек не может присутствовать на месте для выполнения работы, поскольку это опасно, далеко или недоступно. Робот может находиться в другой комнате или другой стране или может быть в совершенно ином масштабе по сравнению с оператором. Например, робот для лапароскопической хирургии позволяет хирургу работать внутри пациента-человека в относительно небольших масштабах по сравнению с открытой операцией, что значительно сокращает время восстановления. [152] Их также можно использовать, чтобы избежать воздействия на рабочих опасных и узких пространств, таких как очистка воздуховодов . При обезвреживании бомбы оператор отправляет небольшого робота, чтобы обезвредить ее. Несколько авторов использовали устройство под названием Longpen для удаленной подписи в книгах. [155] Телеуправляемые роботизированные летательные аппараты, такие как беспилотный летательный аппарат Predator , все чаще используются военными. Эти беспилотные летательные аппараты могут исследовать местность и стрелять по целям. [156] [157] Сотни роботов, таких как Packbot компании iRobot и TALON компании Foster-Miller, используются в Ираке и Афганистане американскими военными для обезвреживания придорожных бомб или самодельных взрывных устройств (СВУ) в ходе деятельности, известной как обезвреживание взрывоопасных предметов (EOD). [158]
Роботы используются для автоматизации сбора фруктов в садах, при этом затраты на это ниже, чем затраты на сборщиков-людей.
Домашние роботы — это простые роботы, предназначенные для выполнения одной задачи в домашнем хозяйстве. Они используются в простых, но часто нелюбимых работах, таких как уборка пылесосом , мытье полов и стрижка газонов . Примером домашнего робота является Roomba .
Военные роботы включают робота SWORDS , который в настоящее время используется в наземных боях. Он может использовать разнообразное оружие, и ведутся обсуждения о предоставлении ему некоторой степени автономности в боевых ситуациях. [159] [160] [161]
Беспилотные боевые летательные аппараты (БПЛА), которые являются усовершенствованной формой БПЛА , могут выполнять широкий спектр задач, включая боевые. Разрабатываются БПЛА, такие как BAE Systems Mantis , которые будут иметь возможность летать самостоятельно, выбирать свой собственный курс и цель, а также самостоятельно принимать большинство решений. [162] BAE Taranis — это БПЛА, построенный Великобританией, который может летать через континенты без пилота и имеет новые средства для избежания обнаружения. [163] Ожидается, что летные испытания начнутся в 2011 году. [164]
AAAI глубоко изучила эту тему [111] , и ее президент заказал исследование для изучения этого вопроса. [ 165]
Некоторые предположили необходимость создания « дружественного ИИ », имея в виду, что прогресс, который уже происходит с ИИ, должен также включать усилия по созданию ИИ по своей сути дружелюбным и гуманным. [166] Сообщается, что несколько таких мер уже существуют, и страны с большим количеством роботов, такие как Япония и Южная Корея [167], начали принимать правила, требующие, чтобы роботы были оснащены системами безопасности, и, возможно, наборы «законов», похожие на Три закона робототехники Азимова . [168] [169] В 2009 году Комитет по политике в области робототехники правительства Японии опубликовал официальный отчет. [170] Китайские чиновники и исследователи опубликовали отчет, предлагающий набор этических правил и набор новых правовых рекомендаций, называемых «Исследования права роботов». [171] Была выражена некоторая обеспокоенность по поводу возможного появления роботов, говорящих очевидную ложь. [172]
Горнодобывающие 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 горнодобывающей промышленности, в частности подземной добычи , распространенность автономных, полуавтономных и телеуправляемых роботов значительно возросла в последнее время. Ряд производителей транспортных средств предоставляют автономные поезда, грузовики и погрузчики , которые будут загружать материал, транспортировать его на место рудника к месту назначения и выгружать без необходимости вмешательства человека. Одна из крупнейших в мире горнодобывающих корпораций, Rio Tinto , недавно расширила свой автопарк автономных грузовиков до самого большого в мире, состоящего из 150 автономных грузовиков Komatsu , работающих в Западной Австралии . [173] Аналогичным образом, BHP объявила о расширении своего автономных буровых установок до самой большой в мире, 21 автономной буровой установки Atlas Copco . [174]
Буровые, забойные 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 установку в нужное положение с помощью GPS, настраивая буровую установку и выполняя бурение на заданную глубину. [176] Аналогичным образом система Transmin Rocklogic может автоматически планировать путь для размещения камнедробилки в выбранном месте 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 от рассеянного склероза, и те, которые помогают в работе систем в целом, например, аптек и больниц.
Роботы, используемые в домашней автоматизации, со временем развились от простых базовых роботизированных помощников, таких как Handy 1 , [178] до полуавтономных роботов, таких как FRIEND, которые могут помогать пожилым людям и инвалидам в выполнении повседневных 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, которые могут о них заботиться. [179] [180] Люди — лучшие сиделки, но там, где их нет, постепенно внедряются роботы. [181]
FRIEND — это полуавтономный робот, разработанный для поддержки людей с ограниченными возможностями и пожилых людей в их повседневной жизни, например, для приготовления и подачи еды. FRIEND позволяет пациентам, страдающим параплегией , мышечными заболеваниями или серьезным параличом (вследствие инсульта и т. д.), выполнять задачи без помощи других людей, таких как терапевты или медсестры.
Script Pro производит робота, предназначенного для помощи аптекам в заполнении рецептов, состоящих из пероральных твердых препаратов или лекарств в форме таблеток. [182] [ нужен лучший источник ] Фармацевт или фармацевт вводит информацию о рецепте в свою информационную систему. Система, определив, находится ли препарат в роботе, отправит информацию роботу для заполнения. У робота есть 3 флакона разного размера для заполнения, определяемые размером таблетки. Техник робота, пользователь или фармацевт определяет необходимый размер флакона на основе таблетки, когда робот заправлен. После заполнения флакона он подается на конвейерную ленту, которая доставляет его держателю, который вращает флакон и прикрепляет этикетку пациента. После этого он устанавливается на другой конвейер, который доставляет флакон с лекарством пациента в слот, помеченный именем пациента на светодиодном считывателе. Затем фармацевт или лаборант проверяет содержимое флакона, чтобы убедиться, что это именно тот препарат, который нужен конкретному пациенту, а затем запечатывает флакон и отправляет его на улицу, где его можно забрать.
Робот RX от McKesson — еще один продукт робототехники для здравоохранения, который помогает аптекам ежедневно выдавать тысячи лекарств с небольшим количеством ошибок или без них. [183] Робот может быть шириной десять футов и длиной 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. Он использует электромеханическую головку в сочетании с пневматической системой для захвата каждой дозы и доставки ее либо в место хранения, либо в место выдачи. Головка движется вдоль одной оси, одновременно вращаясь на 180 градусов, чтобы вытащить лекарства. Во время этого процесса он использует технологию штрихкода для проверки того, что вытаскивает правильный препарат. Затем он доставляет препарат в контейнер для конкретного пациента на конвейерной ленте. После того, как контейнер заполнен всеми лекарствами, которые нужны конкретному пациенту, и которые есть в запасе робота, контейнер затем освобождается и возвращается на конвейерной ленте к технику, ожидающему загрузки его в тележку для доставки на этаж.
В то время как большинство роботов сегодня устанавливаются на заводах или дома, выполняя работу или спасая жизни, многие новые типы роботов разрабатываются в лабораториях по всему миру. Большая часть исследований в области робототехники сосредоточена не на конкретных промышленных задачах, а на исследованиях новых типов роботов, альтернативных способов думать о роботах или проектировать их, а также новых способов их производства. Ожидается, что эти новые типы роботов смогут решать реальные мировые проблемы, когда они будут наконец реализованы. [ необходима цитата ]
Один из подходов к проектированию роботов — создание их на основе животных. BionicKangaroo был разработан и спроектирован путем изучения и применения физиологии и методов передвижения кенгуру.
Наноробототехника — это новая технологическая область создания машин или роботов, компоненты которых находятся на микроскопическом уровне нанометра ( 10 −9 метров) или близки к нему. Также известные как «наноботы» или «наниты», они будут построены из молекулярных машин . До сих пор исследователи в основном производили только части этих сложных систем, такие как подшипники, датчики и синтетические молекулярные двигатели , но также были созданы функционирующие роботы, такие как участники конкурса Nanobot Robocup. [184] Исследователи также надеются, что смогут создавать целых роботов размером с вирусы или бактерии, которые могли бы выполнять задачи в крошечных масштабах. Возможные области применения включают микрохирургию (на уровне отдельных клеток ), служебный туман , [185] производство, вооружение и уборку. [186] Некоторые люди предположили, что если бы были наноботы, которые могли бы размножаться, Земля превратилась бы в « серую слизь », в то время как другие утверждают, что этот гипотетический результат — бессмыслица. [187] [188]
Несколько исследователей исследовали возможность создания роботов, которые могут изменять свою физическую форму для выполнения определенной задачи, [189] как вымышленный T-1000 . Однако реальные роботы далеко не так сложны и в основном состоят из небольшого количества кубических единиц, которые могут двигаться относительно своих соседей. Были разработаны алгоритмы 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 исследованиях. По словам ученых, их стратегия заключалась в автоматизации исследователя, а не инструментов, что освобождало время для людей-исследователей для творческого мышления, и позволяло идентифицировать фотокаталитические смеси для производства водорода из воды, которые были в шесть раз активнее исходных формул. Модульный робот может управлять лабораторными приборами, работать практически круглосуточно и автономно принимать решения о своих следующих действиях в зависимости от результатов эксперимента. [191] [192]
Роботы с силиконовыми телами и гибкими приводами ( воздушные мышцы , электроактивные полимеры и феррожидкости ) выглядят и ощущаются иначе, чем роботы с жесткими скелетами, и могут иметь другое поведение. [193] Мягкие, гибкие (а иногда даже податливые) роботы часто проектируются так, чтобы имитировать биомеханику животных и других существ, встречающихся в природе, что приводит к новым применениям в медицине, уходе за больными, поисково-спасательных работах, обработке и производстве продуктов питания, а также научных исследованиях. [194] [195]
Вдохновленные колониями насекомых , таких как муравьи и пчелы , исследователи моделируют поведение роев из 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 сложно. Весь набор роботов можно рассматривать как одну единую распределенную систему, точно так же, как колонию муравьев можно считать суперорганизмом , демонстрирующим роевой интеллект . Самые большие рои, созданные до сих пор, включают рой iRobot, проект SRI/MobileRobots CentiBots [196] и рой Open-source Micro-robotic Project, которые используются для исследования коллективного поведения. [197] [198] Рой также более устойчив к сбоям. В то время как один большой робот может выйти из строя и испортить миссию, рой может продолжать работу, даже если выйдут из строя несколько роботов. Это может сделать их привлекательными для миссий по исследованию космоса, где сбой обычно обходится чрезвычайно дорого. [199]
Робототехника также имеет применение в разработке интерфейсов виртуальной реальности . Специализированные роботы широко используются в сообществе исследователей тактильных ощущений . Эти роботы, называемые «тактильными интерфейсами», позволяют пользователю взаимодействовать с реальными и виртуальными средами с помощью прикосновений. Роботизированные силы позволяют имитировать механические свойства «виртуальных» объектов, которые пользователи могут ощущать с помощью осязания . [ 200]
Современные художники используют роботов для создания произведений, включающих механическую автоматизацию. Существует много направлений роботизированного искусства, одним из которых является роботизированное инсталляционное искусство , тип инсталляционного искусства , запрограммированного на реагирование на взаимодействие со зрителем с помощью компьютеров, датчиков и приводов. Таким образом, будущее поведение таких инсталляций может быть изменено с помощью ввода либо со стороны художника, либо со стороны участника, что отличает эти произведения искусства от других видов кинетического искусства .
В Большом дворце в Париже прошла выставка «Художники и роботы», на которой были представлены работы, созданные более чем сорока художниками с помощью роботов в 2018 году. [201]
Роботизированные персонажи, андроиды (искусственные мужчины/женщины) или гиноиды (искусственные женщины), а также киборги (также « бионические мужчины/женщины», или люди со значительными механическими усовершенствованиями) стали неотъемлемой частью научной фантастики.
Первое упоминание в западной литературе о механических слугах появляется в « Илиаде » Гомера . В XVIII книге Гефест , бог огня, создает новые доспехи для героя Ахилла с помощью роботов. [202] Согласно переводу Рие , «Золотые служанки поспешили помочь своему хозяину. Они выглядели как настоящие женщины и могли не только говорить и использовать свои конечности, но были наделены интеллектом и обучены рукоделию бессмертными богами». Слова «робот» или «андроид» не используются для их описания, но они, тем не менее, являются механическими устройствами, похожими на людей по внешнему виду. «Впервые слово «робот» было использовано в пьесе Карела Чапека RUR (Россумские универсальные роботы) (написанной в 1920 году)». Писатель Карел Чапек родился в Чехословакии (Чешская Республика).
Возможно, самым плодовитым автором двадцатого века был Айзек Азимов (1920–1992) [203], опубликовавший более пятисот книг. [204] Азимов, вероятно, больше всего запомнился своими научно-фантастическими рассказами, особенно теми, что посвящены роботам, в которых он поместил роботов и их взаимодействие с обществом в центр многих своих произведений. [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, чтобы человеку был причинен вред; робот должен подчиняться приказам, отдаваемым ему людьми, за исключением случаев, когда такие приказы противоречат Первому закону; и робот должен защищать свое собственное существование до тех пор, пока такая защита не противоречит Первому или Второму закону. [207] Они были введены в его рассказе 1942 года «Хоровод», хотя и предвосхищались 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 зафиксированным использованием слова «робототехника» . Азимов изначально не знал об этом; он предположил, что это слово уже существует по аналогии с механикой, гидравликой и другими подобными терминами, обозначающими отрасли прикладного знания. [208]
Роботы используются в ряде соревновательных мероприятий. Соревнования по боям роботов были популяризированы телевизионными шоу, такими как Robot Wars и BattleBots , в которых в основном участвуют дистанционно управляемые «роботы», которые соревнуются друг с другом напрямую, используя различное оружие; существуют также любительские лиги по боям роботов, действующие по всему миру за пределами телевизионных мероприятий. Мероприятия Micromouse , в которых автономные роботы соревнуются в прохождении лабиринтов или других полос препятствий, также проводятся на международном уровне.
Соревнования роботов также часто проводятся в образовательных учреждениях для ознакомления детей с концепцией робототехники, например, FIRST Robotics Competition в США.
Роботы появляются во многих фильмах. Большинство роботов в кино вымышленные. Двое из самых известных — R2-D2 и C-3PO из франшизы «Звездные войны» .
Концепция гуманоидных секс-роботов привлекла общественное внимание и вызвала дебаты относительно их предполагаемых преимуществ и потенциального воздействия на общество. Противники утверждают, что введение таких устройств будет социально вредным и унизительным для женщин и детей, [209] в то время как сторонники ссылаются на их потенциальные терапевтические преимущества, особенно в оказании помощи людям с деменцией или депрессией . [210]
Страхи и опасения по поводу роботов неоднократно высказывались в самых разных книгах и фильмах. Общей темой является развитие высшей расы сознательных и высокоинтеллектуальных роботов, мотивированных на то, чтобы захватить или уничтожить человеческую расу. «Франкенштейн» (1818), часто называемый первым научно-фантастическим романом, стал синонимом темы робота или андроида, превосходящего своего создателя.
Другие работы со схожими темами включают The Mechanical Man , The Terminator , Runaway , RoboCop , Replicators в Stargate , Cylons в Battlestar Galactica , Cybermen и Daleks в Doctor Who , The Matrix , Enthiran и I, Robot . Некоторые вымышленные роботы запрограммированы на убийство и разрушение; другие получают сверхчеловеческий интеллект и способности, обновляя собственное программное обеспечение и оборудование. Примерами популярных медиа, где робот становится злым, являются 2001: A Space Odyssey , Red Planet и Enthiran .
В игре Horizon Zero Dawn 2017 года исследуются темы робототехники в военном деле, этика роботов и проблема управления ИИ , а также положительное или отрицательное влияние таких технологий на окружающую среду.
Другой распространенной темой является реакция, иногда называемая « зловещей долиной », беспокойство и даже отвращение при виде роботов, которые слишком точно имитируют людей. [110]
Совсем недавно вымышленные образы роботов с искусственным интеллектом в таких фильмах, как «Искусственный интеллект» и «Из машины» , а также в телеадаптации «Мир Дикого Запада» 2016 года вызвали симпатию зрителей к самим роботам.
В 1961 г. компания General Motors поставила первую руку Unimate на сборочную линию на заводе компании в городке Юинг, штат Нью-Джерси, пригороде Трентона. Устройство использовалось для подъема и укладки литых металлических деталей, извлеченных из форм в горячем состоянии.
... датой проектирования и возможного строительства этого робота был 1495 год ... Начиная с 1950-х годов исследователи из Калифорнийского университета начали размышлять о значении некоторых отметок да Винчи на том, что, по-видимому, было техническими чертежами ... Теперь известно, что робот да Винчи имел бы внешний вид 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 захвата.
вполне возможно, самый плодовитый
самые плодовитые авторы азимов.
