Различные автоматические устройства занимают настолько прочное место в жизни человека, что без них уже практически невозможно представить себе современную цивилизацию. Однако история робототехники очень длинна, люди учились создавать различные машины практически в течение всей своей истории. Конечно, древние машины не могут сравниться с современными, это были скорее их подобия. Однако они демонстрируют, что идеи создания машин, в частности искусственной имитации человека, прослеживаются в самых древних слоях человеческой истории.
Появление слова «робот»
Это слово ввел в обиход знаменитый чешский писатель Карел Чапек. Он впервые использовал этот термин в названии своей пьесы «Россумские универсальные роботы», увидевшей свет в 1920 году. Однако его нельзя считать автором слова «робот», оно всего лишь происходит от чешского robota, обозначающего всего лишь «работу». По заявлению самого писателя, слово предложил его брат Йозеф, тогда как сам Чапек не мог решить, как же назвать своих персонажей.
Сюжет пьесы Чапека многим покажется знакомым: поначалу люди эксплуатируют своих механических слуг на различных тяжелых работах, потом те восстают и, в свою очередь, обращают в рабство людей.
В современном же понимании «робот» - это механическое устройство, действующее по заданной программе самостоятельно, без человеческой помощи.
Понятие робототехники и ее законы
В 1941 году в рассказе «Лжец» были сформулированы знаменитые законы робототехники Айзека Азимова, которые призваны регулировать поведение этих машин.
- Робот не может нанести урон человеку либо своим бездействием допустить, чтобы этот урон был нанесен.
- Робот обязан подчиняться человеку, пока это не идет вразрез с первым законом.
- Робот может защищать себя, если это не противоречит первым двум законам.
Впоследствии, отталкиваясь от этих законов, сам Азимов и другие авторы создали огромный пласт произведений, посвященных взаимоотношениям людей и машин.
Азимовым же было введено само понятие «робототехника». Слово, когда-то употребленное в фантастическом рассказе, сейчас является названием серьезной научной отрасли, занимающейся разработкой и конструированием различных механизмов, автоматизацией процессов и т. д.
Машины древнего мира
История робототехники уходит корнями в глубокую древность. Некое подобие роботов изобрели еще в Древнем Египте более четырех тысяч лет назад, когда жрецы прятались внутри статуй богов и разговаривали оттуда с людьми. У статуй при этом двигались руки и головы.
Если дать некоторую волю фантазии, можно обнаружить упоминания о роботах, например, в мифах Древней Греции. Еще у Гомера упомянуты механические слуги, которых создавал для себя древнегреческий бог Гефест, великан Талос, сотворенный им же из бронзы для охраны Крита от неприятеля. Платон повествует об ученом Архите из Тарентума, сделавшем искусственного голубя, способного летать.
Архимедом в III веке до нашей эры был якобы изготовлен аппарат, крайне напоминающий современный планетарий: прозрачный шар, приводившийся в движение водой, на котором отображалось движение всех небесных тел, известных на тот момент.
В Средние века люди уже начали создавать настоящие машины, способные делать множество интересных вещей. К периоду Средневековья относятся и попытки создания первых человекообразных машин.
Альберт Великий, известный алхимик XIII века, создал андроида, выполнявшего функции привратника, открывавшего дверь на стук и кланявшегося гостям (андроид – робот, копирующий человека внешностью и поведением). Он же сконструировал механизм, способный говорить человеческим голосом, так называемую говорящую голову.
Кто первым создал робота?
Проект первого робота, о котором сохранились достоверные сведения, создал Леонардо да Винчи. Это был андроид, выглядевший как рыцарь в доспехах. Согласно чертежам Леонардо, он мог двигать руками и головой. Остается открытым вопрос, почему знаменитый изобретатель не наделил своего рыцаря возможностью двигать ногами, т. е. ходить. Возможно, он считал это технически сложной проблемой (что полностью соответствует истине). Либо же предполагалось, что рыцарь должен ездить на лошади, и подвижность ног для него необязательна.
Точно не известно, смог ли да Винчи построить своего «терминатора», зато он сконструировал робота-льва, который при появлении короля разрывал себе когтями грудь, показывая скрытый в ней герб Франции.
Кроме этого, у Леонардо также были идеи о взаимодействии механизмов с человеческими органами, т. е. он уже на рубеже XV-XVI веков предвосхитил современные разработки протезов, управляющихся непосредственно нервной системой человека.
Механические музыканты и ходячие паровозы
В течение XVI века в Европе было создано множество устройств, в основном с использованием заводных (часовых) механизмов. Например, в Германии были изготовлены искусственная муха и орел, способные летать, а в Италии – женщина-робот, игравшая на лютне.
В течение XVII века европейцы разрабатывают и усовершенствуют первые механические «калькуляторы». Поначалу они могут лишь складывать и вычитать, но к концу века способны уже к делению и умножению.
Этот момент можно считать поворотным в истории робототехники, так как параллельно начинают развиваться две отрасли знания, которые в будущем будут использованы для создания современных роботов:
- разработка машин, имитирующих и заменяющих человека и его действия;
- создание устройств, предназначенных для хранения и обработки информации.
Параллельно продолжают создаваться механические человекоподобные устройства, способные играть на музыкальных инструментах, писать и рисовать.
Наступление XIX века ознаменовалось началом «дружбы» людей с электричеством. Оно начинает быстро распространяться и проникать во многие сферы человеческой деятельности. Одновременно совершенствуются различные механические вычислительные и аналитические машины, были изобретены телефон и телеграф.
Известны истории о различных человекоподобных машинах, якобы изобретенных и использовавшихся в США в течение XIX века:
- в 1865 году конструктором Джонни Брейнардом был создан так называемый паровой человек, которого запрягали в повозку вместо лошади. Это был, по сути, паровоз, выглядевший как человек (только намного больше габаритами). Его нужно было постоянно «топить», и управлялся он, как лошадь, вожжами. Утверждалось, что он мог «ходить» со скоростью до 50 км/ч.
- Через некоторое время Фрэнк Рид испытывает уже «электрического человека», однако об этом изобретении мало что известно.
- В 1893 году Арчи Кемпион представил образец искусственного солдата на паровом ходу под названием Boilerplate, который якобы неоднократно использовался на практике, т. е. в боях.
Все эти сведения интересны, но вызывают некоторые сомнения, поскольку, несмотря на вроде бы выдающиеся характеристики, данные изделия так и не пошли в серийное производство, в отличие от паровозов, пароходов и так далее. Скорее всего, они существовали только в виде опытных экземпляров и так и не нашли своего применения, будучи, по сути, игрушками для взрослых.
ХХ век – эра расцвета робототехники
В XX веке история робототехники вступает в свою финальную стадию, приведшую к созданию тех роботов, которых человечество знает сейчас.
Совершаются прорывы в области электроники, появляются диоды и триоды. Первые ламповые компьютеры сначала разрабатываются в теории, а затем и реализуются.
В то же время создается первый электронный человекоподобный робот, управляемый на расстоянии, способный двигаться и разговаривать. Затем появляется электронная собака, реагирующая на свет и способная лаять.
К концу первой трети XX века радиоуправляемые андроиды учатся говорить по телефону, ходить, даже выступать в качестве лекторов на выставке, курить сигареты и так далее. В тот момент многие уже думали, что осталось немного – и роботы заменят людей. Однако потом становится ясно, что применить андроидов того времени для каких бы то ни было работ пока не получится из-за недостаточного на тот момент развития технологий.
Но эти выводы не останавливают изобретателей – андроиды продолжали появляться и разрабатываются до сих пор.
В 1940–1950 годах продолжается совершенствование электроники, компьютеров и компьютерного программирования, появляется понятие «искусственный интеллект», после чего происходит существенный скачок в развитии робототехники, роботы начинают быстро «умнеть».
Наконец, с начала 60-х начинает осуществляться мечта человечества – машины начинают заменять людей на тяжелых, опасных и неинтересных работах. Появляются первые роботы-манипуляторы современного типа. Сначала они выполняют только самые неудобные для человека операции, затем создаются автоматические сборочные линии.
Со временем начинается повальное увлечение людей роботами. Для детей открывается множество кружков и школ робототехники, выпускаются различные развивающие игрушки и конструкторы. Развлекательная индустрия также не остается в стороне - в 1986 году выходит первая часть фильма «Терминатор», которая произвела настоящий фурор по всему миру.
Отечественная робототехника
История робототехники в России, также как и в Европе, насчитывает не одно столетие. С некоторого времени российские ученые не отстают от своих европейских коллег в конструировании различных автоматов: в последней трети XVIII века в России создается машина для вычислений, названная машиной Якобсона, а в 1790 году Иван Петрович Кулибин создает свои знаменитые «яичные» часы. В них были встроены несколько человеческих фигурок, которые выполняли определенные действия, также часы играли гимн и другие мелодии.
Именно русские ученые совершили несколько знаковых для истории робототехники открытий. Семен Николаевич Корсаков в 1832 году заложил основы информатики. Он разработал несколько машин, способных производить интеллектуальные вычисления, применив для их программирования перфокарты.
Борис Семенович Якоби в 1838 году изобрел и испытал первый электромотор, принципиальная конструкция которого остается актуальной и поныне. Якоби, установив его на лодку, совершил с его помощью прогулку по Неве.
Академик П. Л. ЧебышевВ 1878 г. представил первый прототип шагающего транспортного средства – стопоходящую машину.
М. А. Бонч-Бруевич изобрел в 1918 году триггер, благодаря чему стало возможным создание первых компьютеров, а В. К. Зворыкин чуть позже демонстрирует электронную трубку, давшую начало телевидению.
Первая ЭВМ появляется в СССР в 1948 году, а уже в 1950-м выпущена МЭСМ (малая электронная счетная машина), на тот момент самая быстрая в Европе.
Официально историю робототехники в России можно отсчитывать с 1971 года. Тогда в Московском высшем техническом училище имени Баумана создается кафедра специальной робототехники и мехатроники, которую возглавляет академик Е. П. Попов. Он стал создателем отечественной школы инженерной робототехники.
Отечественная наука достойно конкурировала с зарубежной. Еще в 1974 году советский компьютер стал чемпионом мира на шахматном турнире среди машин. А созданный в 1994 году суперкомпьютер "Эльбрус-3" вдвое превосходил по скорости работы самый мощный американский компьютер того времени. Однако он не был пущен в серийное производство, возможно, из-за тяжелой ситуации в стране на тот момент.
Русские автоматические космонавты
Официально начало робототехники в России датируется 1971 годом. Именно тогда она была официально признана наукой в СССР. Хотя к тому времени автоматы российского производства уже вовсю бороздили просторы космоса.
В 1957 году вышел на орбиту первый в мире искусственный спутник Земли. В 1966 году станция "Луна-9" передает на Землю радиосигнал с поверхности Луны, а аппарат "Венера-3", успешно достигнув планеты, установил там вымпел СССР.
Всего через четыре года запущены еще две лунные станции и обе выполнили свою миссию успешно. Аппарат "Луноход-1", доставленный станцией "Луна-17", проработал в три раза дольше, чем планировалось, и передал советским ученым множество ценнейшей информации.
В 1973 году еще одна станция этой же серии доставила на Луну еще один луноход, который также справился со своей задачей на отлично.
Робототехника в наше время
Современные роботы проникли в очень многие сферы человеческой жизни. Их многообразие потрясает: здесь и просто детские игрушки, и целые автоматизированные заводы, хирургические комплексы, искусственные домашние питомцы, военные и гражданские беспилотные аппараты. Их постоянной разработкой и совершенствованием занимается множество организаций в мире. В России ведущие позиции в научной робототехнике занимает ЦНИИ РТК (Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики) в Санкт-Петербурге, основанный 1961 году как конструкторское бюро при Политехническом институте. В этом крупнейшем центре разрабатывались электронные системы для корабля «Буран», станций серии «Луна» и международной космической станции.
Специальность «Мехатроника и робототехника» и ей подобные присутствуют во многих технических университетах мира. Специалисты с таким образованием весьма востребованы на рынке труда, ведь автоматизация проникает все глубже во многие сферы человеческой деятельности. Для увлекающихся предметом в свободное время выпущено множество книг по робототехнике, как в России, так и в других странах.
Несмотря на то что нынешняя техника достигла небывалых высот, и роботы активно используются людьми, их человекоподобные представители - андроиды - пока остаются «не у дел». Они совершенствуются, разрабатываются все более сложные модели, но в практическом применении они до сих пор безнадежно проигрывают своим колесным, гусеничными и даже стационарным «коллегам» и остаются, по большому счету, игрушками. Дело в том, что человеческая ходьба – очень сложный процесс, сымитировать который машине не так-то просто.
Кроме того, с практической точки зрения, именно в человекоподобных роботах нет какой-то острой необходимости. В промышленности с успехом работают стационарные манипуляторы, объединенные в автоматические производственные линии. Там же, где требуется передвигаться – будь то погрузочные работы на складе, разминирование бомб, обследование разрушенных зданий, – колесный и гусеничный привод куда проще и эффективнее, нежели имитация человеческих ног.
Тем не менее люди не отказываются от работы над андроидами, по всему миру регулярно проводятся соревнования, на которых представители различных школ робототехники демонстрируют свое мастерство в управлении своими изделиями. Постоянно устраиваются турниры и непосредственно между машинами, например, по шахматам или футболу.
Классификация роботов
Существует несколько методов классификации. По характеру выполняемых работ автоматы делятся на промышленные, строительные, для сельского хозяйства, для транспортировки, бытовые, военные, охранные, медицинские и исследовательские.
По типу управления они подразделяются на управляемые с помощью оператора, полуавтономные и полностью автономные.
Машины первого типа являются просто дистанционно управляемыми машинами (простейший пример – детский радиоуправляемый автомобильчик или вертолет). Полуавтономные могут выполнять самостоятельно часть операций, но в ключевых моментах все же требуется вмешательство человека. Полностью автономные роботы весь спектр операций выполняют самостоятельно (например, манипуляторы автоматических сборочных линий).
По уровню мобильности выделяют следующие классы роботов: стационарные и мобильные. Стационарные – это те самые манипуляторы, которые все привыкли видеть, например, на автомобильных заводах. Мобильные дополнительно делятся на шагающие, колесные либо на гусеничном ходу.
Ударники современного производства
Различные промышленные производства являются той отраслью, в которой находит практическое применение основная часть современных автоматических устройств.
История промышленной робототехники начинается в 1725 году, когда во Франции была изобретена перфолента, примененная для программирования ткацких станков.
Начало автоматизации производства пришлось на XIX век, когда во Франции стартовало массовое производство автоматических ткацких станков на перфокартах.
Первую конвейерную линию для сборки автомобилей установил на своем заводе Генри Форд в 1913 году. Сборка одного автомобиля занимала порядка полутора часов. Конечно же, эта линия еще не была полностью автоматизированной, как сейчас, но это был выход на качественно новый уровень производства.
Официально использование роботов на производстве начинается в 1961 году, когда на заводе General Motors в Нью-Джерси был установлен первый официально изготовленный манипулятор. Работала эта машина на гидроприводах и программировалась через магнитный барабан.
Бум разработок в сфере промышленной автоматизации пришелся на 70-е годы XX века. В 1970 году в США был создан первый манипулятор современного типа для использования в промышленности: он обладал электроприводами с шестью степенями свободы и управлялся с компьютера. Параллельно разработки велись в Швейцарии, Германии и Японии. В 1977 году выпущен первый робот японского производства.
В начале 80-х General Motors начинает автоматизацию своего производства, а уже в 1984 году начала его и Россия – "АвтоВАЗ" приобретает лицензию на самостоятельное производство роботов у немецкой фирмы KUKA Robotics. Однако пальма первенства все же за японцами – в середине 90-х в Японии было сконцентрировано две трети от общего количества роботов во всем мире, сейчас – примерно половина.
Сегодня представить себе автомобильное, да и любое другое поточное производство без механических помощников практически невозможно. Первое место занимают сварочные автоматы. Точность роботизированной лазерной сварки составляет десятые доли миллиметра. Такой аппарат способен одновременно заниматься и раскройкой металла на детали.
Следом идут механизмы, осуществляющие погрузочные и разгрузочные работы, подачу заготовок в станки и складирование готовых изделий.
На третьем месте по степени автоматизации стоит кузнечно-литейное производство. На сегодняшний момент почти все такие цеха в Европе роботизированы, так как условия работы там очень тяжелы для людей.
Другие операции, для которых чаще всего применяются сейчас автоматы – гибка труб, сверление отверстий, фрезеровка и шлифовка поверхностей.
Где машины могут заменить людей?
Ответ на вопрос о том, человек или робот должен выполнять ту или иную работу, кроется в различиях между людьми и машинами. На данный момент даже самые совершенные из машин действуют по определенным, заранее заложенным в программу алгоритмам (пускай порой и весьма сложным). У них нет свободы воли, свободы выбора, желаний, порывов, ничего из того, что определяет творческую составляющую человека.
Робот может выполнить работу большой сложности и точности, сможет выполнить эту работу в таких условиях, в которых человек не прожил бы и часа. Но он не сможет написать книгу или сценарий нового фильма, создать живописное полотно, если только это не было заранее заложено в его память человеком.
Поэтому профессии творческие, где важна нестандартность, нешаблонность мышления, безусловно, остаются за людьми. Робот может быть сварщиком, грузчиком, маляром, даже космонавтом, но он не сможет стать (по крайней мере, на нынешнем этапе развития) писателем, поэтом или художником.
Стоит ли бояться роботов?
Самый главный страх человечества в отношении машин – это боязнь того, что они, став совершенными, однажды перестанут подчиняться и начнут жить своей жизнью, превратив в рабов уже людей. Этот страх шел рука об руку с развитием робототехники. Он находит свое выражение как в мифологии (например, еврейский миф о големе, восставшем против своего создателя), так и в искусстве. Известнейшие фильмы "Матрица", "Терминатор", великое множество книг, повествующих о восстании машин. Пьеса Карела Чапека, давшая жизнь слову "робот", также заканчивается порабощением человечества его бывшими слугами.
Однако на современном этапе развития науки эти страхи бессмысленны. У роботов отсутствует сознание, аналогичное человеческому, поэтому у них не может быть вообще никаких желаний, не говоря уже о стремлении захватить мир.
Для того чтобы воспроизвести сознание у машины, человеку необходимо сначала разобраться, что представляет собой его собственное сознание, как и из чего оно формируется. Ответ на этот вопрос кроется в глубинах человеческого мозга, который исследован еще далеко не полностью.
Для того чтобы «восстать», роботам необходимо понимать, что такое мировое господство и для чего им это нужно.
А до этого момента любая, даже самая сложная и совершенная машина принципиально ничем не отличается от кухонного комбайна или кофемолки. Поэтому вопрос о том, кто в итоге будет главным на Земле – робот или человек, пока не является насущным.
