Роботы вчера, сегодня, завтра

История развития робототехники

Самый первый прототип робота - андроида был спроектирован в 1495 году Леонардо Да Винчи. Он спроектировал механического рыцаря, который, впрочем, никогда не увидел полей сражения.

Внутри доспехов находился механизм, приводящий в движение искусственного человека при помощи тросов и роликов, создавая иллюзию, что там внутри есть живой человек. Рыцарь-робот умел садиться, двигать головой и руками, анатомически правильно открывать и закрывать рот. Также, он мог имитировать звуки - шёл под сопровождение автоматических барабанов.

Чертежи художника свидетельствуют о том, что все части устройства имели достаточную координацию: контроль над ними осуществлялся за счёт механического устройства управления программируемого способом прямого кодирования и расположенного в грудной клетке робота, а ноги приводились в движение отдельно, посредством внешней рукоятки, натягивающей трос, соединённый с важнейшими звеньями в лодыжке, колене, бедре.

В конце XIX века русский изобретатель Пафнутий Чебышев представил проект «стопохода». По сути эта машина предназначалась для труднопроходимых мест где у человека были бы трудности или вовсе что то представляло опасность для людей.

Примерно тогда же другой великий славянин – серб Никола Тесла испытал радиоуправляемое судно (1898). Он умел с помощью радиоуправления привести в движение объект на огромных расстояниях примерно от 1 до 25 км . Сам по себе Никола Тесла был великим ученым у которого были великие изобретения которые он не показал миру.

После всех этих изобретений человечество проявило огромный интерес к роботехнике, и после этого огромный прогресс в робототехнике уже было невозможно остановить.

Классификация и устройства

Важнейшие классы роботов широкого назначения - манипуляционные и мобильные роботы.

Манипуляционный робот - автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях. Получили наибольшее распространение в машиностроительных и приборостроительных отраслях.

Мобильный робот — автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными.

Мобильный робот предназначен в следующих областях:

Полиция

Эксплуатация шахт

Опасные производства

Службы охраны

Пожарные службы

Инженерные работы

Строительство

Научные исследования

Робот имеет малую массу и может переноситься в рюкзаке одним человеком. Это позволяет использовать робота в труднодоступных местах и местах стихийных бедствий, где перевозка робота грузовым автотранспортом затруднена.

Мобильный робот прост в использовании и не требует особых навыков или образования для эксплуатации. Управление роботом осуществляется с помощью очков виртуальной реальности и джойстика. В очки проецируется изображение, полученное с камер робота, а джойстик используется для управления движением робота, а также для управления манипулятором типа "рука".

Компоненты роботов

Приводы - это «мышцы» роботов. В настоящее время самыми популярными двигателями в приводах являются электрические, но применяются и другие, использующие химические вещества или сжатый воздух.

Двигатели постоянного тока:

В настоящий момент большинство роботов используют электродвигатели, которые могут быть нескольких видов.

Шаговые электродвигатели: Как можно предположить из названия, шаговые электродвигатели не вращаются свободно, подобно двигателям постоянного тока. Они поворачиваются пошагово на определённый угол под управлением контроллера. Это позволяет обойтись без датчика положения, так как угол, на который был сделан поворот, заведомо известен контроллеру; поэтому такие двигатели часто используются в приводах многих роботов и станках с ЧПУ.

Пьезодвигатели:

Современной альтернативой двигателям постоянного тока являются пьезодвигатели, также известные как ультразвуковые двигатели. Принцип их работы весьма оригинален: крошечные пьезоэлектрические ножки, вибрирующие с частотой более 1000 раз в секунду, заставляют мотор двигаться по окружности или прямой. Преимуществами подобных двигателей являются высокое нанометрическое разрешение, скорость и мощность, несоизмеримая с их размерами. Пьезодвигатели уже доступны на коммерческой основе и также применяются на некоторых роботах.

Воздушные мышцы:

Воздушные мышцы — простое, но мощное устройство для обеспечения силы тяги. При накачивании сжатым воздухом мышцы способны сокращаться до 40 % от своей длины. Причиной такого поведения является плетение, видимое с внешней стороны, которое заставляет мышцы быть или длинными и тонкими, или короткими и толстыми. Так как способ их работы схож с биологическими мышцами, их можно использовать для производства роботов с мышцами и скелетом, аналогичными мышцам и скелету животных.

Электроактивные полимеры:

Электроактивные полимеры — это вид пластмасс, который изменяет форму в ответ на электрическую стимуляцию. Они могут быть сконструированы таким образом, что могут гнуться, растягиваться или сокращаться. Впрочем, в настоящее время нет ЭАП, пригодных для производства коммерческих роботов, так как все ныне существующие их образцы неэффективны или непрочны.

Эластичные нанотрубки: Это — многообещающая экспериментальная технология, находящаяся на ранней стадии разработки. Отсутствие дефектов в нанотрубках позволяет волокну эластично деформироваться на несколько процентов. Человеческий бицепс может быть заменён проводом из такого материала диаметром 8 мм. Подобные компактные «мышцы» могут помочь роботам в будущем обгонять и перепрыгивать человека.

Так же есть Шагающие роботы это верх робототехники. В нынешнее время сейчас сделать шагающих роботов очень трудно так как это сложно сделать из-за динамики.

Сейчас сделано большое кол - во прототипов таких роботов.

К примеру гибридные. Они работают по разным принципам. К примеру один из таких роботов ходят на ногах, а бегают на руках и ногах одновременно.

Так же были сделаны Шагающие роботы сделанными с большим количеством конечностей то есть несколько ног . Это упрощало движение роботов.

В последнее время все больше и больше роботов привлекают и в военной промышленности.

Классификация боевых роботов

Боевой робот — устройства автоматики, заменяющее человека в боевых ситуациях для сохранения человеческой жизни или для работы в условиях, несовместимых с возможностями человека, в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование.

В это время Боевых роботов используют во многих отраслях: разведка, боевые действия, разминирование

Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли).

В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь очень немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора.

Сухопутные

Действуют исключительно на суше. В основном в обезвреживании мин, и в разведке. В последнее время такие роботы спасли много жизней в предотвращении каких либо военных действий в плане терактов и.т.д. ведь такие роботы могут быть разных размеров, от 5см до 1 метра . В основном все эти роботы требуют телеприсутствия.

"Телеприсутствие - присутствие человека на отдаленном расстояние следящим за процессом или влиять на него."

Робот-сапер «Богомол»

Робот-санитар или робот - эвакуатор

Swords — специальная боевая система наблюдения и разведки и робот эвакуатор

Воздушные

Этот вид роботов используется в основном в разведке. И называются они беспилотники. Этот вид роботов достаточно не большой чтобы быть не заметным в военных действиях в последнее время достаточно широко используется. Так же эти роботы оснащают бомбардировочным оружием чтобы нанести удар по врагу не заметно.

Шмель-1 — прототип беспилотного летательного аппарата Пчела-1Т

Predator - разведывательный и ударный БПЛА

Морские

На данный момент существует ряд разработок в области создания водных боевых роботов. Основными задачами роботов подобного типа являются автоматическое патрулирование, разведка, охрана береговой линии и портов, поиск мин. Наиболее известные водные роботы, разработанные для военных целей:

Transphibian — автономный необитаемый подводный аппарат предназначенный для осуществления операций на мелководье, прибрежной зоне, а также на глубине. Основные задачи робота — поиск мин, охрана портов и осуществление автоматизированного надзора.

Гном — телеуправляемый подводный аппарат класса micro для проведения поисково-спасательных работы и осмотра потенциально опасных объектов без риска для жизни человека.

REMUS (сокращение от Remote Environmental Monitoring Unit System) — робот-подводная лодка, работает на глубине 100 м, около 20-ти часов и управляется с помощью двух операторов.

Нанороботы

Нанороботы— роботы, размером сопоставимые с молекулой, обладающие функциями движения, обработки и передачи информации, исполнения программ.

Нанороботы, способные к созданию своих копий, то есть к самовоспроизводству, называются репликаторами. Возможность создания нанороботов рассмотрел в своей книге «Машины создания» американский учёный Эрик Дрекслер.

На данный момент , нанороботы находятся в научно-исследовательской стадии создания. Некоторыми учёными утверждается, что уже созданы некоторые компоненты нанороботов. Разработке компонентов наноустройств и непосредственно нанороботам посвящен ряд международных научных конференций.

Уже созданы некоторые примитивные прототипы молекулярных машин. Например, датчик, имеющий переключатель около 1,5 нм, способный вести подсчет отдельных молекул в химических образцах.

Так как нанороботы имеют микроскопические размеры, то их, вероятно, потребуется очень много для совместной работы в решении микроскопических и макроскопических задач. Рассматривают стаи нанороботов, которые не способны к репликации (т. н. «утилитарный туман») и которые способны к самостоятельной репликации в окружающей среде («серая слизь» и др. варианты).

Некоторые сторонники нанороботов в ответ на сценарий «серой слизи» высказывают мнение о том, что нанороботы способны к репликации только в ограниченном количестве и в определенном пространстве нанозавода. Кроме того, ещё только предстоит разработать процесс саморепликации, который сделает данную нанотехнологию безопасной. Кроме того, свободная саморепликация роботов является гипотетическим процессом и даже не рассматривается в текущих планах научных исследований.

Однако, имеются планы по созданию медицинских нанороботов, которые будут впрыскиваться в пациента и выполнять роль беспроводной связи на наноуровне. Такие нанороботы не могут быть получены в ходе самостоятельного копирования, так как это вероятно приведет к появлению ошибок при копировании, которые могут снизить надежность наноустройства и изменить выполнение медицинских задач. Вместо этого нанороботов планируется изготавливать на специализированных медицинских нанофабриках.

Двигательный аппарат

Молекулярные двигатели - наноразмерные машины, способные осуществлять вращение при приложении к ним энергии. Главной особенностью молекулярных моторов являются повторяющиеся однонаправленные вращательные движения происходящие при подаче энергии. Для подачи энергии используются химический, световой метод, а также метод туннелирования электронов.

Кроме молекулярных двигателей, создаются также наноэлектродвигатели, сходные по конструкции с макроскопическими аналогами, проектируются двигатели, принцип работы которых основывается на использовании квантовых эффектов.

Первое полезное применение наномашин, если они появятся, планируется в медицинских технологиях, где они могут быть использованы для выявления и уничтожения раковых клеток. Также они могут обнаруживать токсичные химические вещества в окружающей среде и измерять уровень их концентрации.

Ранняя диагностика рака и целенаправленная доставка лекарств в раковые клетки

Биомедицинский инструментарий

Хирургия

Фармокинетика

Мониторинг больных

Производство посредством молекулярной сборки нанороботами устройства из отдельных молекул по его чертежам

Военное применение в качестве средств наблюдения и шпионажа, а также в качестве оружия. Потенциальные возможности использования нанороботов в качестве оружия демонстрируются в некоторых фантастических произведениях .

Космические исследования и разработки

«Promobot»

В свете последних событий 3 студента из пермского университета сделали огромный прорыв в развитии робототехники. Они сделали первого робота с характером. Его сделали Олег Кивокурцев, Максим Утев, Игорь Еремеев. Идея пришла к ним спонтанно. К ним пришел заказ зделать небольшого робота который убирал бы снег. После отправки готового экземпляра они решили зделать что то посложнее. И в общем они хотели зделать робота с движущимися конечностями, разговаривающий и поддерживающий диалог, распозновал людей, чтобы робот был с огромными знаниями языков. В общем через 4 месяца у них уже был готовый вариант, который был полностью автоматизирован к тому же он был сделан из запчастей Российского производства. В среднем полностью автоматический робот стоит около 100000$ а Промобот 10000 $. Ребята уже получили грант на крупную сумму денег и теперь планируют создать завод к концу 2016 года и создавать по 1000 роботов в год.

Заключение

Робототехника – наукоемкая инженерная отрасль, чрезвычайно интенсивно развивающаяся во всех странах, заботящихся о своей технологической конкурентоспособности, здоровье своих граждан, безопасности и комфортности их жизни. Рано или поздно Робототехника, то есть роботы станут неотъемлемой частью жизни всего человечества. Сама наука развивается интенсивными темпами с каждым разом появляются все новые и новые технологии которые продвигают развитие роботов, и это приводит их к все большему улучшению и все большему входу в нашу жизнь.