Роботы и робототехника в современном обществе.

Кто такие роботы? Сегодня на этот вопрос ответит даже ребенок, хотя не так давно они были только героями фантастических романов, рассказывающих о далеких космических путешествиях или встречах с внеземными цивилизациями. И представлялись эти создания исключительно как механические люди.

Расширение «жизненного пространства» роботов

Робот в современном мире — вовсе не сказочное создание. Он все активнее вмешивается в жизнь человека, захватывая новые сферы деятельности и помогая в жизни. В настоящее время робототехника поставлена на службу человека в ряде отраслей промышленности, среди них:

• космическое и самолетостроение;
• точное приборостроение;
• военно-промышленный комплекс;
• медицина;
• обеспечение систем безопасности;
• автомобильная промышленность
• и другие сферы промышленного производства.

Активно использует роботов индустрия развлечений. Дети давно знакомы с роботами-игрушками, трансформерами, которые изменяют свою конфигурацию и превращают игру в увлекательное занятие. В детских игровых зонах сегодня нередко в роли гостеприимных хозяев используются роботы, вызывающие интерес и восторг детей. Как правило, это радиоуправляемые летающие, бегающие, передвигающиеся, говорящие или поющие игрушки.

Применение роботов в современном мире облегчает труд человека и расширяет горизонты их дальнейшего использования. Хотя планы их создания не новы. Исследователи нашли в документах Леонардо да Винчи чертеж новы. Исследователи нашли в документах Леонардо да Винчи чертеж механизма, который, по описаниям автора, должен был заменить человека на тяжелых работах.

Современная цивилизация дала толчок к развитию новых технологий, среди которых роботостроение занимает не последнее место.

Чем занимаются роботы

Инженерная мысль, направленная на совершенствование технологических процессов, все более активно внедряет робототехнику в сферы жизни, где требуется точность, аккуратность или, наоборот, в труднодоступных для человека условиях выживания или организации производства. Функции роботов в современном мире значительно расширились.

1. В медицине их используют для исследования состояния организма и проведения операций в глазных клиниках, в случаях, когда требуется предельная аккуратность и осторожность, чтобы не нанести вред внутренним органам. Расширилось применение элементов робототехники при изготовлении протезов конечностей.
2. С момента создания космической отрасли роботы стали надежными помощниками и союзниками людей. Освоение космического пространства также не обошлось без их участия. Самоходные модули, отправленные на Луну, Марс, доставили ценную информацию, расширяющую представления о наших космических соседях.
3. Эффективно зарекомендовали себя роботы, наделенные функциями охраны и слежения. Они незаменимы в системах наблюдения, первыми фиксируют очаги возгорания, предотвращая чрезвычайные ситуации, их научили различать запах дыма и передавать полученную информацию на пульт управления пожарного отделения.
4. Роботов-наблюдателей активно используют для исследования морских глубин, наблюдения за морскими обитателями. Робототехника помогает изучать жизнь и повадки диких животных, отслеживать маршруты их миграции.
5. Оснащение промышленными роботами предприятий позволяет высвободить рабочую силу и поднять качество выпускаемой продукции, увеличив при этом производительность труда.
6. Сильнейшие армии мира также поставили роботов на вооружение. Эти новейшие устройства позволяют корректировать траекторию полета ракет, используются для обнаружения техники противника и ее уничтожения.

Расширяются возможности применения роботов в повседневной жизни. Уже известны изобретенные в Японии роботы-няни, которые умеют не только следить за ребенком и оберегать от травм, но и развлекать, читая сказки, исполняя детские песенки, становясь участником детской игры.

Не менее активно пропагандируется использование роботов-горничных. Они наделены многими функциями:

• производят уборку с помощью пылесоса;
• без вмешательства человека могут скосить траву на газоне;
• постирают и погладят белье;
• обеспечат неприкосновенность жилища.

При этом над расширением функций роботов-домохозяек идет постоянная работа. Их учат готовить, подавать и убирать со стола. При этом они могут отвечать на вопросы людей, находящихся в доме.

Что может новое поколение робототехники

Сферы применения роботов с каждым днем расширяются. Появляются новое сферы их использования, изменяется и их вид. Сегодня самые современные роботы в мире производит Япония, где робототехника получила широкое развитие. Именно этой стране обязаны своим появлением роботы, облегчающие труд в различных областях повседневной жизни и промышленного производства, социальной и культурной сферах.

1. Японские инженеры создали робота-рыбу, в функции которой входит наблюдение за численностью и передвижением стай промысловых рыб. Ее силиконовая поверхность и окраска полностью повторяет «внешний вид» обителей морских глубин и делает ее незаметной среди жителей морей.
2. Там же, в Японии, для работы в медучреждениях внедряются роботы — «медбратья». Они представляют собой устройства, которые бесшумно передвигаются и мгновенно реагируют на голос, а также могут распознавать лицо больного. Их использование облегчает труд медицинских работников и помогает улучшить медицинское обслуживание. В перспективе они смогут переносить больных с места на место. Внешне это — приятные милые механические создания, очень похожие на человека, неутомимые, спокойные, аккуратные.Говорят, что взрослые — те же дети, только большие. Именно поэтому они создают роботов, похожих на игрушки, функции которых нередко вызывают улыбку и, одновременно, восхищение.
3. Там же, в Японии, специалистами разработан робот-фотомодель. Это — механическая миловидная девушка, грациозно передвигающаяся по подиуму. Она принимает различные позы и умеет выражать эмоции. Модель HRP-4C ростом 158 см весит 43 кг.
4. Над разработкой механических людей, которые умеют выражать, как люди, эмоции, продолжает работать американец Д. Хэнсон. Ему принадлежат создание головы, лицом внешне похожей на Альберта Эйнштейна. Он «научил» голову улыбаться, хмуриться, подмигивать и смеяться именно так, как это делал сам ученый. Глаза-камеры реагируют на эмоциональное состояние окружающих и «отвечают» соответствующей реакцией.
5. Разработан уже целый оркестр из роботов-музыкантов. Они умеют играть на музыкальных инструментах: флейте, электрооргане, барабане и при этом способны «прислушиваться» к мелодии и корректировать свои действия, подстраиваясь под звучащую мелодию.
6. Жителям и гостям Швейцарии знаком необычный уличный художник Сальвадор Дабу с усами и беретом на голове. Это робот, который делает фото, а затем, используя специальный алгоритм, пишет портрет. При этом он достаточно разговорчив.
7. Давно известны показательные шахматные сражения, проходящие между гроссмейстерами и электронным мозгом. Но сегодня российские ученые разработали механического человека, который сможет играть в эту мудрую игру, находясь с мастером за одним столом и передвигая фигуры трехпалой рукой.
8. Для будущих родителей японские роботостроители подготовили робот-тренажер, который выглядит как маленький ребенок и создает маме и папе такие же проблемы, как и настоящий младенец. Он требует аккуратного ухода и нежного обращения, а если родители не уделяют ему должного внимания, он начинает безутешно плакать, и успокоить его не так-то просто.
9. Там же собран самый маленький робот, похожий на человека. Рост этой крошки — всего 15см, а механизм, благодаря которому он ходит, танцует, отжимается и даже демонстрирует некоторые приемы борьбы тай-чи, не превышает одного сантиметра. Управляют им голосом или пультом.

В определенных ситуациях роботы могут использоваться и в качестве продавцов. С этой функцией прекрасно справляется робот удаленного присутствия от российской компании Ucan. При этом человеку не обязательно находиться рядом: он может наблюдать картину происходящего по монитору и управлять действиями механического продавца. Эти устройства появились на рынке робототехники одними из первых и постоянно совершенствуются и расширяют свои функции.

И ее новейшие разработки в этом направлении позволяют перевести обслуживание клиентов на новый уровень и придать этой деятельности динамичность и более высокое качество.

Трудно сказать, чего больше — рационализма или веселого хулиганства в изобретении робота, который, по замыслу его создателей, должен уничтожать полчища тараканов на кухнях. Трудились над этим роботом-тараканом ученые Франции, Бельгии и Швейцарии. Их разработка выглядит и пахнет как таракан, а передвигается на маленьких колесиках. «Отцы-изобретатели» оснастили свое детище камерами и инфракрасными сенсорами. Они и привлекают насекомых на свет, с помощью которого их «уводят» из дома.

В разработках и апробации находятся роботы-поводыри и пастухи.

Эсбен Остенгаард для InTech

Большинство людей, если спросить их о том, как они представляют себе робота, рисуют себе огромную машину, работающую в огороженном пространстве на крупной фабрике, или футуристического андроида, имитирующего поведение человека.

Где-то между этими двумя сценариями лежит обретающая конкретные черты новая реальность: класс роботов, называемых «роботы-сотрудники» (от англ.: co-robots) благодаря их способности работать бок о бок с людьми без обеспечивающих безопасность ограждений. Эти роботы должны заполнить разрыв между полностью ручной и полностью автоматизированной сборками. И это должно произойти в СМБ, там, где до сего дня считалось совершенно не требующей проверки истиной утверждение, что роботы слишком дороги и сложны.

В отличие от своих старших братьев, работающих за стеклом на предприятиях автопрома и других крупных предприятиях, роботы-сотрудники невелики, легки и гибки в использовании. Их можно легко перемещать и перепрограммировать для выполнения новых функций, что позволяет легко использовать такие роботы для решения различных краткосрочных и мелкосерийных задач.

Автомобилестроение до сих пор потребляет до 65% роботов, продаваемых в США. Однако, по мнению ряда экспертов, лишь 10% компаний, которые могли бы получить выгоду от роботов, уже используют их.

Понижаем барьер входа

Основных причин такого малого распространения роботов, на самом деле, три: стоимость, удобство использования и функциональность. Все эти три проблемы пытаются решить роботы нового поколения. Начнем с финансового вопроса.

Даже там где рабочая сила дешева, следующее поколение сложной продукции уже потребует адаптивности, точности и надежности, которая лежит просто за пределами возможностей человека. Согласно старой распространенной схеме, стоимость робота равна зарплате одного рабочего за 2 года. Однако роботы-сотрудники стоят, примерно, одну четвертую этой величины. И эти роботы намного быстрее окупаются, что означает, что «оффшорный исход» больше не имеет смысла для бизнеса.

Вместо этого новые роботы стали своего рода «высокотехнологичной валютой», изменившей войны зарплат в конкуренцию за растущее качество продукта и быструю окупаемость.

Робот plug-and-play

Производитель устройств для усиления слуха Oticon использует роботизированную руку UR5 для выполнения различных задач в литейном цехе. Вакуумно-всасывающий инструмент для манипуляций заменен механическим захватом с пневматическим приводом, который может решать более сложные задачи. 6-осевой робот работает с циклом 4-7 секунд, делая наклоны и повороты, которые традиционные 2- или 3-осевые роботы Oticon делать не могут.

В Oticon робот UR надежно прикреплен к станку для литья и может двигаться над ним, поднимая пластиковые детали. Это обеспечивается с помощью специально разработанной вакуумной системы, которая гарантирует, что хрупкие детали не будут повреждены.

Cascina Italia автоматизировала линию, способную упаковать до 15,000 яиц в час используя UR5 от Universal Robots. Сотрудники могут быстро перепрограммировать робота и могут работать непосредственно рядом с ним без специальных ограждений для обеспечения безопасности. Цеха в Cascina не проектировались для того, чтобы разместить там систему автоматизации с использованием традиционных роботов, зато портативный робот может легко размещаться там и перемещаться между участками, на которых выполняются различные задачи, необходимые для итальянского дистрибьютора яиц.

С традиционными роботами, капитальные расходы на собственно роботов составляют лишь 25-30% от общей стоимости системы роботизации. Остальное приходится на программирование роботов, настройку и специальные ограждения. «Коробочный» вариант робота-сотрудника требует в районе одного часа настройки для начала работы. Это время, которое необходимо на распаковку робота, установку и программирование для выполнения первого простого задания.

Это - то, что мы называем дружественностью по отношению к пользователю. Отменяя необходимость в квалифицированных программистах, новый класс роботов поставляется с сенсорными экранами размером со средний планшет, с помощью которого пользователь может управлять рукой робота, показывая движения на экране. Или пользователь может просто взять руку робота и провести ее по желаемой траектории движения. Интерфейс совместим с большинством промышленных датчиков и ПЛК. Программирование для решения новых задач очень легкое - во всяком случае, такова оценка датского производителя Oticon, компании, которая была действительно впечатлена легкостью управления и точностью движений новых роботов-сотрудников. Oticon был нужен гибкий в использовании робот, экономически оправданный для решения не слишком масштабных задач. Быстрый прогресс в медицине ведет к постоянным изменениям в производственных процессах и расширению ассортимента моделей, что требует от робота работы со все меньшими по объемам партиями продукции.

Часть II

Точное обращение

Новые роботы соответствуют требованиям широкой применимости и портативности - что является проблемой для роботов, используемых в Oticon изначально. Части современных устройств для усиления слуха становятся все меньше, и их размеры зачастую измеряются всего 1 мм. Производитель искал решение, которое могло бы доставать мелкие детали из формы для литья. Вручную это невозможно; не подходила эта задача и для «старых», 2- или 3-осевых роботов, которые могут двигаться только вертикально или делать наклоны. Кроме того, если мелкая деталь застрянет в форме, робот должен быть способен ее аккуратно достать.

На установку робота в литейном цехе Oticon ушел только один день. Жестко закрепленный на литейном станке, новый робот может двигаться над формами и доставать пластиковые элементы, используя специально созданную вакуумную систему. Более сложные отлитые компоненты перемещаются с помощью пневматического захвата. Из-за возможности 6-осевого перемещения робот очень маневренный и может вращать и наклонять части, для того, чтобы быстро доставать их из форм. Рабочие циклы робота длятся 4-7 секунд, в зависимости от компонента. Благодаря оптимизации рабочего процесса, срок окупаемости робота составил всего 60 дней.

Работа в условиях ограниченного пространства

На фабрике Cascina Italia в Италии робот-сотрудник работает на упаковочной линии, с производительностью в 15 000 яиц в час. Робот оборудован пневматическим захватом и помещает в коробки подносы на 10 яиц каждый. Работа требует точных движений и аккуратного помещения в коробку последовательно 9 слоев по 10 яиц в каждом.

В Cascina, первоначально, не ожидали, что смогут использовать робота для этой работы, но, увидев демонстрацию его работы на собственной фабрике, компания легко смогла представить себе все преимущества. Прошло 3 месяца, и новый робот уже работал на линии. С весом всего около 4,5 кг, робота очень легко перемещать между упаковочными линиями, что критически важно для компании Cascina. Там работают с 4 разными размерами яиц и нуждаются в роботе, который может работать рядом с людьми в условиях ограниченного пространства.

Сначала безопасность

Безопасность была и остается самой «горячей» темой и основным стимулом для исследований в лабораториях робототехники. С учетом сотрудничества с людьми, новое поколение роботов имеет закругленные сочленения, приводы с возможностью обратного хода, датчики силы, а используемые материалы намного легче.

Если робот на фабрике в Cascina касается сотрудника, встроенные ограничители регулируют силу прикосновения, так, что робот не сможет причинить вред - благодаря соблюдению текущих требований безопасности по силе и крутящему моменту. В большинстве промышленных приложений, эта функция безопасности позволяет роботу функционировать без специального ограждения. Разумеется, только после оценки рисков.

Уменьшая нагрузку на сотрудников

В компании Scandinavian Tobacco Company робот-сотрудник работает бок-о-бок с людьми, закрывая крышками упаковки с табаком. Новый робот освободил сотрудников от необходимости делать монотонные и трудные движения, и, также, высвободил двух сотрудников, которые раньше этим занимались - теперь они выполняют другую работу на фабрике. Места для ограждения традиционного робота на фабрике не было, поэтому использование робота-сотрудника существенно сэкономило средства и упростило установку.

В Scandinavian Tobacco разработали собственный манипулятор для захвата, а один из техников выполнил первоначальное программирование. Это сохранило know-how в пределах компании и обеспечило высокую продуктивность, одновременно позволив избежать простоев и привлечения недешевых внешних консультантов.

Оптимизированное производство позволило владельцу сохранить производство в стране с высоким уровнем заработной платы. Срок возврата инвестиций в нового робота на табачной фабрике составил 330 дней.

Сотрудники освобождены от необходимости делать повторяющиеся и неудобные для человека движения при упаковке табака. Теперь в Scandinavian Tobacco этим занимается UR5. Новый робот был встречен работниками с энтузиазмом, так как позволил им заниматься менее напряженной работой.

От 45 до 70 бутылок в минуту

Более крупные производители теперь тоже получают выгоду от новых роботов. На фабрике Johnson & Johnson в Афинах, Греция, робот-сотрудник существенно оптимизировал процесс упаковки шампуней и продуктов по уходу за кожей. Роботизированная рука работает 24 часа в сутки. Она поднимает 3 бутылки с конвейера за один раз, каждые 2,5 секунды, располагает их в пространстве и помещает в упаковочную машину. Ручной труд позволяет обработать 45 бутылок в минуту. Робот - 70 бутылок.

В Johnson & Johnson персоналу настолько понравилось работать с новым роботом-сотрудником, что они даже дали ему имя. UR5 теперь называется «Clio».

Бутылки поднимаются вакуумным механизмом и переносятся без всякого риска царапин или выскальзывания. Ловкость робота играет ключевую роль, поскольку этикетки печатаются на разных сторонах разных продуктов, сами бутылки - разных размеров и форм, и робот, поэтому, должен уметь захватывать и слева и справа. Любой сотрудник в Johnson & Johnson может перепрограммировать робота на выполнение новых задач, экономя компании расходы на найм программистов.

Новый подход к робототехнике

Выше приведены несколько примеров использования роботов нового поколения, решающих реальные производственные задачи, которыми роботы раньше не занимались. Когда речь идет о сотрудничестве с людьми и гибком производстве, основные характеристики традиционных роботов должны быть улучшены практически по всем фронтам: от фиксированной инсталляции до возможности переноса; от повторяющихся задач до быстрой и частой их смены; от периодического до постоянного соединения с информационными системами; от полного отсутствия взаимодействия с людьми до постоянного взаимодействия; от разделения в пространстве с людьми до работы бок-о-бок; от окупаемости в течение долгих лет до окупаемости в течение месяцев. Ближайшее будущее увидит еще больше изменений в этой области, коренным образом меняя то, как мы используем робототехнику.

Эсбен Остергаард, Ph.D. , главный технолог в Universal Robots (UR), отвечающий за улучшение существующих продуктов и разработку новых. Во время работы в 2001-2005 гг. в качестве исследователя и профессора на кафедре робототехники и пользовательских интерфейсов в Университете Южной Дании, она разработала концепцию, послужившую основой для повторного «изобретения» промышленных роботов. В 2005 г. она основала компанию Universal Robots вместе с 2 своими коллегами.

Научно-технический прогресс на месте не стоит. Новейшие технологии всё больше размывают границы между фантазией и реальностью.

Роботы уже давно перестали быть научной фантастикой. Сегодня они наши незаменимые помощники во многих отраслях деятельности. В этой статье мы посмотрим как выглядят и что умеют самые совершенные на сегодняшний день роботы.

Марсоход Curiosity

Самый совершенный на сегодняшний день марсоход третьего поколения. На его разработку NASA потратили 10 лет и 2,5 млрд. долларов. По сути это автономная химическая лаборатория на колёсах, размером с небольшой автомобиль. Его создали специально для исследования кратера Гейла. Curiosity буквально напичкан всевозможными приборами и датчиками, которые умеют делать практически всё от съёмки фото в выском разрешении до спектрального анализа твёрдых грунтовых пород.

Geminoid DK

Это один из самых реалистичных человекоподобных роботов. Его построил Хироши Исигуро вместе со своими коллегами из Japan’s Advanced Telecommunications Research Institute International. Внешность этого робота является точной копией профессора Хенрика Шарфе из Aalborg University. Geminoid DK может управляться дистанционно, с помощью передовой технологии захвата движений. Она позволяет машине имитировать выражение лица и точно повторять движения.

Baxter

Бакстер - необычный промышленный робот, хоть и выглядит вполне заурядно. Такие модели можно встретить практически на всех более-менее современных машиностроительных предприятиях. Главная его особенность заключается в повышенной безопасности. Обычные промышленные роботы такой чертой совсем не отличаются. Если человеку непосчастливится попасть под их механические руки-клещи, то всё может кончиться достаточно печально. Но только не в случае с Бакстером. В его «голове» находится камера, которая следит, чтобы в поле деятельности не было инородных предметов. Если таковые попадаются, то ультразвуковые моторы, контролирующие захваты механических «рук» автоматически отпускают «клещи».

Paul

Paul, пожалуй, меньше всего похож на робота в привычном нам понимании. Но то, что он делает - просто потрясающе. Это настоящий робот-художник, который состоит из одной лишь механической руки, которая держит карандаш или авторучку. Процесс рисования предельно прост: человек садиться напротив камеры, которая сканирует его лицо, а затем «рука» Paul начинает рисовать портрет. Причём рисует робот не по шаблону, каждый портрет даже одного и того же человека, получается уникальным. В его рисунках действительно есть какой-то стиль.

WildCat

Разработка знаменитой компании Boston Dynamics. Это робот-разведчик, который способен передвигаться по пересечённой местности, а в режиме галопа может разгоняться до 25,7 км/ч. Да-да, этот робот умеет скакать галопом. А ещё резко останавливаться и разворачиваться. Кроме того WildCat невероятно устойчивый «уронить» его - настоящая проблема.

S-One

Робот-спасатель от японской компании Schaft, которую в итоге купила Google (также как и Boston Dynamics, кстати). S-One небольшой, коренастый, крайне устойчивый и очень сильный робот. Он может поднимать тяжести, орудовать дрелью, легко справляется с вентилями и дверными ручками. Благодаря особым новейшим разработкам создателям робота удалось добиться невероятной быстроты и плавности выполнения поставленных задач.

Sub1

Этого робота создали двое разработчиков программного обеспечения из США Джей Флэтлэнд и Пол Роуз. Робот состоит из 6 шаговых двигателей, 4 веб-камер и небольшого числа общедоступных деталей. А основная его задача - собирать кубик Рубика. И делает он это, вы только вдумайтесь, менее, чем за одну секунду. Среди людей рекорд по скоростной сборке кубика Рубика принадлежит сейчас американскому подростку Лукасу Эттеру. Осенью 2015 года он собрал кубик за 4,9 секунды. Роботу Sub1 понадобилось всего 0,887 секунды.

Row-bot

Новейшая разработка учёных из Бристольского университета. Row-bot - это прототип робота, который предназначен для того, чтобы передвигаться по поверхности загрязнённых водоёмов и поедать микробы, которые, собственно и делают воду грязной. Примечательно, что «съеденных» микробов Row-bot использует как биотопливо для выработки энергии и продолжения работы.

M-2000iA/1700L

Японская компания FANUC разработала самого сильного робота в мире. Название у него, конечно, не очень благозвучное, но зато возможности поистине впечатляющие. Робот-силач с «размахом руки» 4,7 метра, может поднимать предметы весом до 1700 кг. Предыдущий самый сильный робот планеты Titan, мог манипулировать предметами весом до 1 тонны, но и «рука» у него была чуть длиннее - 6,5 метров.

Atlas

Компания Boston Dynamisc не так давно представила широкой публике новое поколение своего робота под название Atlas. B его способности просто поражают воображение. Двуногий человекоподобный робот легко гуляет по зимнему лесу с очень сложным рельефом. При этом он сохраняет равновесие даже тогда, когда его ноги проваливаются в снег. Но если всё-таки упадёт, робот способен самостоятельно подняться практически из любого положения.

Нравится это нам или нет, но благодаря быстрому развитию технологий и огромным деньгам, которые были инвестированы в развитие робототехники, наступила эпоха роботов. Каждые 6 месяцев появляются новинки в сфере компьютерной техники, и каждый год – в сфере робототехники. Современные роботы становятся больше и больше похожими на человека. Чем быстрее будет развиваться инженерия и программирование, тем быстрее появится усовершенствованный искусственный интеллект. Всего лишь 15 лет назад появились роботы на колесах, которые не обладали широким спектром функций, сегодня уже существуют модели, которые умеют читать, распознавать человеческие эмоции.

10. Робот BRETT (UC Berkeley)

Команда ученых из компании UC Berkeley недавно совершила настоящую революцию в мире человекоподобных роботов. Внешне BRETT не похож на человека, но проявляет интеллект достойный гения. Работа робота основана на сенсорах и визуальной информации, которую он обрабатывает и применяет самостоятельно. Например, робот способен сам собрать модель из конструктора Lego. Когда ему задают новое задание, то перепрограммирование не требуется. Робот с выполнением новой задачи «учится» и становится умнее, ученые надеются через 5-10 лет получить «очень умного робота».

9. Робот Telenoid (Miraikan)

Основной функцией робота Telenoid считается коммуникативная. Он способен фиксировать голос, выражение лица, движение головы собеседника и даже может ответить на объятия. Специальные аудио программы помогут в изучении иностранного языка, а пожилые люди могут пользоваться им в качестве устройства для общения с родственниками, живущими далеко. Несмотря на не совсем привлекательный внешний вид, пользы от такого робота много.

8. Робот EveR-4 (KITECH)

Робот EveR-4 (KITECH), представитель целой серии андроидов женского рода, был создан учеными Южно-корейского института индустриальных технологий. Имя робот, на создание которого пошло 321 000 долларов, получил в честь библейской женщины, Евы. Андроид EveR-1 был способен имитировать человеческие эмоции счастья, печали, злости, с помощью специальной гидролитической системы, которая управляло его движениями. Внешнее покрытие роботов всей серии выполнено из силикона и на ощупь напоминает кожу человека. Андроид EveR-3 был первым роботом, способным петь, что и было продемонстрировано на ежегодной ярмарке в Ганновере в 2009 году. Он был разработан с учетом всех достоинств его предшественников, кроме того, создателям удалось достичь плавности движений, его оснастили ногами, искусственным языком и механическими голосовыми связками. Робот последнего поколения был представлен в 2011 году на выставке RoboWorld 2011.

7. Робот Pepper (SoftBank)

В 2014 году Масаеси Сон, владелец компании SoftBank, представил публике робота Pepper. Он заявил, что это первый робот, способный распознавать эмоции человека, а значит, «имеющий сердце». Робот оснащен четырьмя направленными микрофонами, которые помогают идентифицировать звук и эмоции. Он способен накапливать в памяти «полученные знания» и пользоваться ими. Например, робот запоминает эмоциональный момент, когда на Дне рождения задувают свечки на торте, и позже в определенной ситуации самостоятельно воспроизводит действие. Эмоциональный робот на удивление доступен, как ноутбук – его продают за 2000 долларов.

6. Робот Kirobo (Университет Токио)

Томотака Такахаси, ведущий робототехник Токийского Университета, создатель ROBO-GARAGE (2009 год), разработал робота Kirobo. Это первый японский робот астронавт, который сопровождал Коити Ваката командира Международной космической станции в 2013 году. На борт робот был доставлен на борту беспилотного грузового корабля. 34-сантиметровый робот внешне похож на героя японских аниме и LEGO-героя. Он распознает голоса и поддерживает основной разговор. Основной функцией робота на борту космической станции была помощь капитану в проведении различных исследований и ориентировании в условиях невесомости. При создании робота ученые хотели посмотреть, как человек и робот смогут сотрудничать и сосуществовать. Он стал рекордсменом Книги рекордов Гиннесса: как первый робот-компаньон и робот-собеседник.

5. Роботы Otonaroid и Kodomoroid (Miraikan)

Японский робототехник Хироси Исигуро создал двух роботов-гуманоидов, Otonaroid и Kodomoroid, для Японского национального музея передовой науки и технологии (Miraikan). Otonaroid воссоздает образ 30-летней японки, которая превосходно может поддержать беседу. В свою очередь, робот Kodomoroid - это девочка-подросток, которая может читать на разных языках и даже отвечать мужским голосом. У обоих роботов богатая экспрессия лица, они могут качать головой, моргать глазами и разговаривать. Они способны общаться с людьми, могут провести экскурсию по музею, то есть могут работать вместо человека. Хоть они и похожи, у них есть ряд особенностей. Например, робот Kodomoroid может на многих языках сообщать различные новости, а робот Otonaroid поддержит любой разговор с посетителями. Но не все идеально. Иногда они выглядят и ведут себя странно, мимика лица и движение губ не совпадает с тем, что роботы говорят, но в основном оба робота выглядят и ведут себя, как люди.

4. Робот PETMAN (DARPA)

Манекен для испытаний средств индивидуальной защиты, сокращенно PETMAN, был разработан для Пентагона в рамках проекта гражданской обороны (DARPA). Это двуногий робот, способный подниматься по лестнице, поднимать и опускать вещи, бегать, держать равновесие и заниматься зарядкой. Boston Dynamics, компания, которая специализируется в робототехнике, разработала высокотехнологический камуфляжный костюм для защиты солдат от воздействия химических реагентов. Предусмотрена система контроля климата, которая регулирует температуру внутри костюма. Вообще робот запрограммирован, как симулятор человеческой физиологии. Когда он подвергается воздействию химических агентов, он посылает сигналы, имитирующие состояние человека в подобной ситуации. Такой робот может использоваться в поисковых работах в пустыни, в условиях опасных для человека.

3. Робот NAO (Aldebaran Robotics)

NAO – это автономный и запрограммированный робот, разработанный французской инженерной компанией, Aldebaran Robotics. Робот высотой 60 см и весом более 4 кг оснащен операционной системой INTEL Atom. Он способен распознавать выражение лица и голос, а также плавно двигаться. Робот разговаривает и развивается, познавая новые эмоции. В 70 странах мира его используют в системе образования, он помогает при обучении программированию, математике, информатике. Его можно научить будить по утрам, следить за порядком в доме, обучать детей мультипликации.

2. Робот Atlas (DARPA)

182-сантиметровый двуногий гуманоид разработан компанией DARPA на основе модели PETMAN с четырьмя гидравлическими приводами конечностей. Корпус выполнен из алюминия и титана. Робот может выполнять много функций, включая поисково-спасательные, но внешне он не настолько похож на человека, как PETMAN. Руки робота могут выполнять разные манипуляции, он также оснащен двумя видеосистемами – стереокамера и лазерный дальномер. Последняя модель может держать равновесие, стоя на одной ноге после попадания снаряда, открывать дверь, управлять оборудованием, закрывать краны. Во время тестирования в 2013 году робот продемонстрировал способность управлять автомобилем, преодолевать преграды, подыматься по лестнице, расчищать завалы, разрезать гипсокартон с помощью электроинструментов.

1. Робот ASIMO (Honda)

Проект ASIMO стартовал в 1986 году на базе компании Honda. 120-сантиметровый робот весом 52 кг является многофункциональным. Функции глаз выполняют камеры, на каждой руке находится по пять гибких пальцев, с помощью которых он может брать и держать предметы и общаться на языке глухонемых. Первая версия робота управлялась дистанционно, а эта модель уже автономна и может приспосабливаться к окружающей среде. Он может распознавать выражение лиц, речь, передвигаться со скоростью 3 км/ч, подниматься по лестнице, нести предметы, играть в футбол, открывать бутылки и наливать жидкости. Роботы ASIMO могут присоединяться друг к другу и работать совместно. Они могут двигаться мимо людей и предметов, а также самостоятельно подходить к зарядному устройству. А 2008 году этот робот успешно руководил Детройтским симфоническим оркестром.
Человекоподобные роботы на каждом углу - это лишь малая часть того, что ждёт нас в ближайшие десятилетия. В ближайшее время реальностью станут

3. Три поколения роботов

Историю развития роботов в настоящее время принято делить на поколения. Надо сразу же сказать, что это деление весьма условно. Идея делить роботы на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития роботы претерпели большую эволюцию как в смысле элементной базы, на которой они строятся, так и особенно в смысле изменения их структуры, появления новых функций и возможностей, расширения областей их применения, характера использования.

Роботы первого поколения - это роботы с программным управлением (программные роботы). Эти роботы в основном предназначены для выполнения определенной жестко запрограммированной последовательности операций, диктуемой тем или иным технологическим процессом. Управление роботами первого поколения осуществляется по заранее заданной программе, а значит, и при строго определенных и неизменных условиях функционирования. Простота изменения программы, т. е. возможность переобучения роботов первого поколения новым операциям, сделала эти роботы достаточно универсальными и гибко перестраиваемыми (правда, с помощью человека-оператора) на различные классы задач в пределах функциональных возможностей данного робота.

Первые программные роботы были созданы и освоены промышленностью в шестидесятых годах. Техническое осуществление таких роботов основывается, как мы увидим в следующей главе, на различных принципах и элементах. В настоящее время существует около 300 типов программных роботов (из них более 100 - в Японии, около 30 - в США, остальные - в странах Западной Европы и в СССР).

Область возможных (и экономически целесообразных) применений роботов первого поколения достаточно широка. Эти роботы успешно применяются для обслуживания станков (в частности, станков с цифровым программным управлением), печей, прессов, технологических линий, сварочных аппаратов, литейных машин и т. п. Они осуществляют установку, транспортировку, упаковку изделий, простейшие сборочные операции, сварку, ковку, литье под давлением, термическую и механическую обработки и т. п. Особенно широко программные роботы применяются в машиностроении, металлургии и атомной промышленности.

Следует отметить, однако, что функциональные возможности роботов первого поколения существенно ограничиваются малым ассортиментом информационно-измерительных датчиков и несовершенством управляющей системы, служащей лишь для осуществления заранее заложенной в памяти жесткой программы. Способность к восприятию внешнего мира и к формированию его модели у роботов первого поколения практически отсутствует. Поэтому эти роботы принципиально не могут функционировать совершенно самостоятельно (автономно), без вмешательства человека. Упомянутые ограничения привели к тому, что в последнее время особую актуальность приобрели научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки по созданию следующего, более совершенного поколения роботов.

Роботы второго поколения - это очувствленные роботы. Они отличаются от программных роботов, во-первых, существенно большим ассортиментом сенсорных датчиков, как внешних (телевизионные, оптические, тактильные, локационные датчики и т. п.), так и внутренних (датчики положений "руки" или "ноги" относительно "тела" робота, датчики усилий и моментов и т. п.) и, во-вторых, более сложной системой управления. Последняя уже не ограничивается только устройством для запоминания жесткой программы движения, как у роботов первого поколения, а требует для своей реализации управляющей ЭВМ.

Технические "органы чувств" роботов второго поколения служат источниками сигналов обратных связей для управляющей системы. Эта система и формирует закон управления исполнительными механизмами робота (манипулятором, органами перемещения и т. п.) с учетом фактической обстановки. Такое управление реализуется путем формирования связей типа "класс ситуаций - действие", которые либо заранее закладываются в память управляющей системы, либо формируются в процессе обучения робота человеком. При этом под "ситуацией" понимается набор значений сигналов па выходе сенсорной системы, а под "классом ситуаций" - множество "ситуаций", обладающее тем свойством, что все "ситуации" из одного класса требуют одного и того же "действия", адекватного этому "классу ситуаций". "Действием" является программа движения, которая, как и в роботах первого поколения, заранее задается (заносится в память управляющей системы). В случае существенного изменения "ситуации", соответствующего переходу из одного "класса ситуаций" в другой, меняется и "действие", т. е. программа движения.

Описанная схема управления напоминает схему выработки условных рефлексов у человека и животных. Поэтому поведение очувствленного робота мы можем условно назвать рефлекторным. Подчеркнем, что именно наличие связей "класс ситуаций - действие" позволяют очувствленному роботу приспосабливать свое поведение к реально складывающейся и даже меняющейся (правда, в довольно ограниченных пределах) обстановке.

Интересно отметить, что соотношения между отдельными "органами чувств", их техническими характеристиками, относительной значимостью и взаимодействием у роботов существенно иные, чем у человека. Более того, очувствленные роботы могут обладать и "сверхчувствительными" органами чувств, способными воспринимать сигналы, недоступные для органов чувств человека. При этом способы обработки сенсорной информации могут существенно отличаться от таковых в живой природе. Так, например, у очувствленных роботов относительное значение зрения и слуха может быть (например, при глубоководных исследованиях) значительно меньше, чем у человека, а роль тактильных датчиков, наоборот, - больше и, кроме того, могут использоваться разнообразные нечеловеческие "органы чувств" (ультразвуковые датчики, приборы ночного видения, магнитометры и т. п.).

Неотъемлемой частью роботов второго поколения является их алгоритмическое и программное обеспечение, т. е. комплекс алгоритмов, и программ, предназначенных для обработки сенсорной информации и выработки управляющих воздействий. Необходимость развития алгоритмического и программного обеспечения очувствленных роботов обусловлена главным образом расширением класса решаемых задач и, следовательно, сферы применения роботов. Имеются все основания считать, что доля затрат на алгоритмическое и программное обеспечение очувствленных роботов будет увеличиваться по сравнению с затратами на разработку самих вычислительных средств управления, так как структура и функции последних в известной мере стабилизировались. В то же время функциональные возможности очувствленных роботов, определяемые их алгоритмическим и программным обеспечением, могут быть существенно расширены путем наращивания программ "класс ситуаций - действие".

Роботы второго поколения, оснащенные большим ассортиментом сенсорных датчиков и управляющей ЦВМ, значительно превосходят по своим функциональным возможностям программных роботов. Благодаря способности воспринимать изменения во внешней среде, анализировать сенсорную информацию и приспосабливаться к существующим условиям функционирования, очувствленные роботы могут работать с неориентированными деталями произвольной формы, осуществлять сборочные и монтажные операции, собирать информацию о неизвестной и, возможно, меняющейся внешней среде и т. п.

Однако очувствленные роботы, вообще говоря, не должны заменить роботы первого поколения. Оба поколения роботов взаимно дополняют друг друга, выполняя действия различной сложности при различной степени информированности о внешней среде. Их совокупность позволяет автоматизировать подавляющее большинство ручных и транспортных операций в сфере промышленного и сельскохозяйственного производства.

В настоящее время роботы второго поколения еще не выпускаются серийно ни в СССР, ни за рубежом. Однако в ряде промышленно развитых стран ведутся интенсивные исследования по разработке алгоритмического, программного и технического обеспечения очувствленных роботов и отработке их экспериментальных образцов. Предполагается, что роботы второго поколения будут освоены промышленностью в ближайшие годы.

Следующее, третье поколение роботов - это так называемые интеллектуальные , или разумные , роботы. Они принципиально отличаются от роботов второго поколения сложностью и совершенством управляющей системы, включающей в себя элементы искусственного интеллекта. Необходимо подчеркнуть, что интеллектуальные роботы предназначены не только и не столько для имитации физических действий человека, сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности, т. е. для решения интеллектуальных задач.

Характерной особенностью интеллектуальных роботов является их способность к обучению и адаптации в процессе решения задач. Что же касается самого умения решать интеллектуальные задачи, то оно является производным в том смысле, что целиком зависит от того, как протекал процесс обучения и адаптации робота.

Существуют различные возможности придать очувствленному роботу те или иные элементы искусственного интеллекта. Структура и совершенство управляющих систем интеллектуальных роботов определяются, с одной стороны, техническими возможностями реализации нужных (с точки зрения решаемой задачи) элементов интеллекта, а с другой - содержанием и сложностью задач, которые перед роботом ставит человек.

В общем случае интеллектуальный робот способен понимать язык и вести диалог с человеком, формировать в себе модель внешней среды (с той или иной степенью детализации), распознавать и анализировать сложные ситуации, формировать понятия, планировать поведение, строить программные (желаемые) движения исполнительной системы и осуществлять их надежную отработку в условиях неполной информированности о характеристиках среды, робота и условий его функционирования. Следует отметить, однако, что в настоящее время реальные потребности в интеллектуальных роботах пока еще не созрели, хотя целесообразность их создания признается многими учеными. Если роботы второго поколения уже сейчас необходимы для ряда научно-технических разработок (в частности, для космических и глубоководных исследований), а в ближайшем пятилетии начнут применяться в промышленности, то роботы третьего поколения пока не вышли из лабораторий. По мнению президента крупнейшей роботостроительной фирмы "Юнимейшн" Д. Энгельбергера первые промышленные образцы интеллектуальных роботов могут появиться не раньше 1980 г.

Почему же ученые и инженеры, уже давно понимающие принципиальную возможность создания интеллектуальных роботов, до сих пор их не создали?

Казалось бы, использование универсальной управляющей ЭВМ в качестве "мозга" роботов в сочетании с искусственными органами чувств должно привести (по крайней мере, потенциально) к некоему всемогуществу роботов. Действительно, если создать элементы искусственного интеллекта в форме программного обеспечения универсальной управляющей ЭВМ, то робот сможет воспроизвести практически любой вид человеческой деятельности. Конечно, чем сложнее деятельность, тем сложнее соответствующее программное обеспечение и тем больше времени потребуется для реализации целенаправленного поведения робота. По существу, отсюда следует: дайте нам достаточно большую память и большое быстродействие управляющей ЭВМ, а также достаточно большой ассортимент "органов чувств" - и мы сделаем интеллектуального робота.

Можно сказать, что робототехника (точнее, кибернетика как теоретическая основа робототехники) выдала крупный вексель. Однако до сих пор он в значительной степени еще не оплачен. И в основном не потому, что мало быстродействие, недостаточен объем памяти или узок ассортимент сенсорных датчиков современных роботов. Причина в другом - не хватает идей. Идей о способах построения программ для имитации сложного поведения человека в разнообразных обстоятельствах.

В чем же причины трудностей?

Мы уже говорили, что очень легко составить жесткую программу движения для роботов первого поколения. Реализация такой программы обеспечивает выполнение одной и той же последовательности операций, если среда, в которой функционирует робот, строго организована и неизменна.

Иначе обстоит дело в случае, когда при разных обстоятельствах от робота требуется разный порядок операций. Однако сложность возрастает ненамного, если заранее четко сформулировать, чем должен определяться выбор следующего действия в тех или иных ситуациях. Например, чтобы произвести заданную последовательность технологических операций с объектами, окрашенными в разные цвета, нужно перед каждой операцией выбирать объект нужного цвета. Для решения подобного рода задач служат очувствленные роботы.

Существенные трудности возникают в тех случаях, когда нельзя заранее решить, чем должен определяться выбор порядка операций у робота. Во многих конкретных задачах положение осложняется тем, что сам принцип такого выбора зависит от многих обстоятельств, а характер зависимости тоже не может быть заранее указан и поэтому должен определиться в результате рассмотрения некоторых других обстоятельств. В то же время метод рассмотрения этих обстоятельств нельзя задать одним и тем же на все случаи жизни робота - он должен выбираться роботом в зависимости от специфических особенностей решаемой задачи.

Ясно, что все это не может быть осуществлено с помощью проблемно-ориентированных программ типа "класс ситуаций - действие", используемых в роботах второго поколения, и требует создания специальных "надпроблемных" программ, которые мы будем называть метапрограммами. Метапрограммы служат не только и не столько для реализации отдельных элементов интеллекта, сколько для организации их совместной работы.

Именно метапрограммы придают роботу способности решать множество задач, требующих привлечения интеллекта, и адаптироваться (приспосабливаться) к разнообразным и даже неизвестным условиям функционирования. Интересно отметить, что поведение подобного интеллектуального робота, управляемого метапрограммами, будет выглядеть вовсе "не машинным". Его действия будут настолько сложно зависеть от огромного множества обстоятельств (в том числе и далеко отстоящих во времени), что внешне будет полная иллюзия "свободы воли" в целенаправленной деятельности робота.

Эволюция роботов вовсе не означает, что одно поколение роботов последовательно приходит на смену другому. На самом деле это не так, хотя определенная преемственность имеется. Как мы видели, эволюционный процесс совершенствует функциональные возможности и технические характеристики роботов от поколения к поколению. Однако при этом каждое поколение роботов представляет собой семейство роботов различных типов, предназначенных для решения разнообразных прикладных задач.