Роботы вчера, сегодня, завтра (способы передачи информации)

Введение

В нашей повседневной жизни - в школе, на работе, дома нас окружает огромное количество технических устройств: телевизор, стиральная машина, мобильный телефон, компьютерная техника и многое другое. А ведь каких-то 30-40 лет назад люди обходились без телевизора, и способом передачи информации были лишь письма и телеграммы. С каждым годом наука развивается, исследования не стоят на месте. Изобретаются все новые и новые технологии.

Роботы сегодня вошли в нашу жизнь в разных областях. Они летают в космос, исследуют другие планеты; помогают в военных целях — разминируют бомбы и разведывают обстановку с воздуха. В промышленности многие области уже немыслимы без роботов: они собирают автомобили, помогают находить новые лекарства.

Мне нравится наблюдать за этим прогрессом. Эта отрасль будет развиваться в мире очень быстро. Поэтому я увлекся робототехникой. Робототехника - это мое серьезное увлечение, и я решил посвятить свой исследовательский проект именно этой теме.

Поэтому, объектом исследования стала наука «Робототехника».

Предмет исследования: в данном проекте являются роботы.

Гипотеза: сбор информации о роботах и робототехнике позволит расширить кругозор, приобрести навыки и практические умения по сборке роботов различных модификаций, предоставит возможность для технического самообразования.

Цель моей проектной работы: доказать, что робототехника может быть не просто игрой, а серьезным занятием, которое может в дальнейшем стать профессией. А также - привлечение интереса детей к научно- техническому творчеству, технике, высоким технологиям.

Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Сбор информации о роботах:

- история возникновения роботов;

-роботы - «современники»;

1. Провести анкетирование, чтобы выяснить насколько популярной является робототехника, среди ребят моего возраста.
2. Узнать, где может пригодиться робототехника.
3. Собрать и спрограммировать подвижного робота из конструктора Lego Mindstorms.
4. Сделать выводы.
5. Создать мультимедийную презентацию по теме исследования.

Для решения поставленных задач использовались следующие методы:

поиск нужной информации в энциклопедиях, сети интернет, наблюдение, сравнение, обобщение.

Продукт: исследовательская работа, модель робота, фотографии.

2.Теоретическая часть

2.1. История возникновения термина «Робот». Первые роботы.

Для начала я хотел бы рассказать, что слово «робот» было придумано чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использовано в пьесе Чапека «Р.У.Р.» («Россумские универсальные роботы») в 1920 году. В нем был описан процесс сборки роботов самими роботами на фабрике.

В чешском языке «robota» значит тяжелый труд, каторга, барщина.

Герою пьесы - инженеру Россу, удалось изобрести сложную машину, которая могла выполнять все работы человека. Вот эту человекоподобную машину автор и назвал «роботом». Роботы имели полное внешнее сходство с человеком и могли выполнять всякую работу. Спрос на них был настолько велик, что завод вскоре перешел на их массовое производство. Хозяева роботов стали заменять ими живых людей на фабриках и заводах. Но однажды роботы набросились на людей и перебили их всех. Люди на Земле прекратили свое существование, а их место заняли разумные автоматы...

Такой финал первой пьесы о роботах оставил глубокий след в душах первых зрителей и сформировал негативное отношение общества к ним на многие десятилетия. Впрочем, техника продолжала развиваться, а люди - строить роботов вне зависимости от эмоций.

Роботы – это механические помощники человека, способные выполнять операции по заложенной в них программе и реагировать на окружение.

Из многих предположений возникает вопрос - когда же был изобретен первый робот?

Оказывается, первые мысли к созданию роботов возникли еще до нашей эры: в середине 3-го тысячелетия египтяне изобрели «думающих машин» - внутри статуй прятались жрецы, чтобы давать предсказания и советы. А в 50-х 19 века были найдены чертежи человекоподобного робота, сделанные Леонардо да Винчи, примерно в 1495 году. На чертеже был детально изображен механический рыцарь, который мог сидеть, раздвигать руки, двигать головой, открывать и закрывать челюсти. По его замыслам работой рук должно было управлять механическое программируемое устройство в груди, ноги должны были управляться с помощью рукоятки, приводящий в движение трос, связанный с ногами. До появления промышленных роботов считалось, что роботы должны выглядеть подобно людям.

Французский механик и изобретатель Жак де Вокансон в 1738 создал механическую утку, покрытую настоящими перьями, которая могла ходить, двигать крыльями, крякать, пить воду, клевать зерно. 

Швейцарский часовщик Пьер-Жак Дро в 1770г создал автомат "Писец". Это сидящая за столом девочка, которая выписывала аккуратным почерком буквы, слова и даже могла нарисовать собаку. При этом она плавно покачивала головой и опускала веки в такт движения руки. 

Не остались в стороне и русские механики. Иван Петрович Кулибин в 1769г построил в течении трех лет яичную фигуру – универсальные часы. Часы давали театрализованное представление и играли музыку.

Один из первых роботов был построен американским инженером Венсли в 1925 году. Автор дал ему имя мистер Телевокс. Когда у Венсли спросили, откуда это странное имя, он ответил: «Первая половина слова — «теле» — греческая и

означает «далекий», вторая — «вокс» — латинская и значит «голос». Своим названием я хотел подчеркнуть способность моего робота отвечать на команды, поданные голосом человека». Внешне мистер Телевокс был не очень привлекателен: квадратная голова с какими-то прямоугольниками вместо глаз и рта, женская шпилька вместо носа, открытое деревянное туловище со сложным переплетением проводов и механизмов внутри и, наконец, нелепые руки и ноги. Телевокс обладал способностью слышать и исполнять несколько различных приказаний, отдаваемых человеком при помощи звуков свистка. Подавая различное число повторных свистков, Венсли мог заставить робота открыть окна, закрыть дверь, пустить в ход вентилятор и пылесос, а также зажечь свет в комнате. Телевокс был не только слышащим и говорящим роботом. Он мог выполнять некоторые домашние работы, заменяя домработницу. При помощи свистков можно отдать соответствующее распоряжение, и механический слуга подогреет ужин. Как это он сделает? Очень просто. Уходя из дому, хозяйка должна поставить кастрюлю и сковороды с кушаньями на электрическую плиту. Телевокс тогда самостоятельно включит плиту в электросеть.

Очень скоро у мистера Телевокса появились братья. Первым из них был робот Эрик, построенный в 1928 году английским инженером Ричардсом. Этот робот выступил перед публикой 15 сентября 1928 года в Лондоне на открытии ежегодной выставки Общества инженеров. Он произнес речь об итогах истекшего года. Эрика показывали и во многих других городах Великобритании.

Самыми первыми были изобретены именно промышленные роботы. В 1980 году в СССР создан центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК) и изобретен первый пневматический промышленный робот МП-8 с позиционным управлением.

У истоков робототехники стояли талантливые люди. Сын профессора славистики, выходца из России, Норберт Винер получил ученую степень доктора философии в Гарвардском университете уже в возрасте 18 лет!

Появление книги Норберта Винера "Я - математик", как мощный взрыв потрясло весь мир. Именно она провозгласила рождение новой науки — КИБЕРНЕТИКИ. Винер был ученым широкого профиля.

Слово робот прочно вошло в нашу жизнь. Для маленьких детей создано немало игрушек-роботов, в которые с удовольствием играют не только мальчики, но и девочки. А кто не смотрел фильм про приключения Электроника! Не одно поколение детей выросло, зная о забавных приключениях героев этого фильма, и сейчас, включив телевизоры, многие смогут пересмотреть интересную киноленту.

2.2. Что означает термин «Роботехника»?

Робототе́хника (от робот и техника; англ. robotics) - наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем.

У роботехники есть свои законы. Их придумал американский писатель-фантаст, Айзек Азимов.

Основные законы робототехники:

• Робот не может причинить вред человеку.

• Робот должен подчиняться командам человека.

• Робот должен заботиться о своей безопасности.

2.3 .Робототехника современности

В настоящее время тема роботов очень популярна . В интернете мы с папой нашли данные о роботах и я узнал что были созданы робот –официант, робот– охранник, робот - помощник . Робот, который может сортировать цветные шарики по коробкам или самостоятельно передвигаться по комнате, захватив небольшие предметы.

Современная робототехника основана на компьютерных технологиях. Промышленные роботы составляют больше 80% от всех существующих на сегодня устройств. Они способны практически полностью заменить человека на многих заводах: механические «рабочие» не допускают ошибок, не устают, им не нужно платить зарплату.

В 1966 году появился робот  Шеки (англ. Shakey) — первый универсальный мобильный робот, способный рассуждать над своими действиями.

Без робота Dante II человек никогда бы не заглянул в кратер действующего вулкана.

 Без робота Sojourner(Соджорнер-марсоход) наши знания о Марсе были бы намного более скудными. Этот агрегат в 1997 году высадился на поверхность планеты и передал на Землю огромное количество фотоснимков.

Домашние роботы не приспособлены к экстремальным условиям. Их задача — помочь человеку в быту и развлечь его. Существует огромное количество недорогих домашних роботов: роботы-пылесосы, роботы-газонокосильщики.

Робот  PaPeRo компании  NEC, помимо чисто бытовых функций, умеет говорить. Этот робот знает более 300 фраз, а распознает и того больше.

Но больше всех умеет разработка компании Sony — собачка Aibo   (яп. 愛慕 айбо означает «любовь»).

Она способна узнавать своего хозяина, реагировать на команды, ласку. Aibo имеет четыре стадии взросления: младенчество, детство, юность и зрелый возраст. Собачка умеет бегать, прыгать, потягиваться, играть в футбол и танцевать.

Существуют роботы и для развлечений. Ежегодно проводит турнир роботов по футболу по упрощенным правилам. А также роботы способны играть в шахматы. Чемпион мира Гарри Каспаров проиграл в шахматном поединке именно роботу

2.4. Значение робототехники

Робототехника применяется:

• в промышленности;
• в сельском хозяйстве;
• в транспорте и машиностроении;
• в медицине;
• в исследовательских работах;
• в космосе.

Человечество остро нуждается в роботах, которые могут без помощи человека:

• тушить пожары,
• выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий,
• устранять аварии на атомных электростанциях,
• в борьбе с терроризмом.

Последние новости в робототехнике: японские умельцы не перестают удивлять приятными новинками. Новый робот-медвежонок носит людей на руках.

2.5. Части роботов.

Корпус большинства роботов состоит из отдельных подвижных и неподвижных частей. Вот основные из них:

Внутренний контроллер

Каждый робот оснащен контроллером - компьютерной операционной системой. Контроллер - это мозг любого робота. Он содержит всю необходимую информацию для выполнения задач и указаний.

Источник энергии

Роботам необходим источник энергии. Одни работают от батарей. Другие оснащены фотоэлементами, которые преобразуют солнечный свет в энергию. Механические роботы заводятся с помощью пружинного механизма.

Дистанционное управление

Роботы, которые работают на других планетах, такие как марсоход, оборудованы внутренними контроллерами, но ими также можно управлять с Земли. По снимкам оператор определяет, куда должен двигаться робот и какую задачу ему нужно выполнить.

Датчики света и звука

С их помощью робот может распознавать свет, исходящий от объектов, определять звуковые волны. Эта функция помогает либо обходить различные предметы, либо идти к ним навстречу. Также в корпус робота может быть встроено устройство распознавания голоса, с помощью которого человек отдает машине устные приказы.

Датчики давления

Некоторые роботы оборудованы датчиками давления, которые имитируют осязание. У этих сенсоров, как правило, два назначения. Они сообщают роботу о том, что он ударился о какой-нибудь предмет и должен сменить направление движения, а также позволяют правильно захватить и поднять объект.

3 .Результаты анкетирования одноклассников

Я решил провести в нашем классе анкетирование.

В анкете было 6 вопросов. И были получены следующие ответы.

1. Встречали ли вы в своей жизни роботов? (да-5, нет-4)
2. Знаете, где используются роботы в повседневной жизни?( (да-6, нет-3)
3. Хотели бы вы себе в помощь домашнего робота?(да-8, нет1)

4.Чем ты любишь заниматься в свободное время?

- гулять с друзьями ( 12%)

- читать (4%)

-смотреть ТВ (18%)

-играть в конструктор ЛЕГО (48%)

заниматься спортом (18%

1. Знаете ли Вы о роботехнике? (да-3, нет- 6)

Из результатов анкеты я сделал вывод:

1.мало кто из моих ровесников знает о робототехнике, но большинство имеет представление о домашних роботах и хотели бы их иметь дома.

2.ребятам нравится играть в конструктор, и они знакомы с конструктором Лего, и многих бы заинтересовал такой школьный предмет, как «Робототехника».

4 .Практическая часть.

Существует много видов конструкторов, но самым популярным и уникальным является Лего. С этим конструктором знакомы, я думаю все. Уникальный он, потому что все его детали подходят друг к другу и можно соединять несколько наборов.

На занятиях по робототехнике мы работаем с конструктором Lego Mindstorms EV3, это самая последняя модель обучающего конструктора фирмы ЛЕГО..рп м Чтобы больше узнать о роботах, я начал заниматься с Лего -конструктором.

Сначала я собирал роботов по схемам, а позже стал придумывать роботов сам.

Я понял, что возможности конструктора не имеют границ.

Я уже пробую сам создавать своих роботов .

Работа №1 ( фото 1)

Сначала я собрал робота просто из Лего-конструктора . Но, в процессе сборки я понял, что робота можно совершенствовать с помощью разных датчиков.

Работы №2

В этого робота я поставил датчик давления и он на данный момент может выполнять уже многие свои функции: объезжает препятствия на своём пути, реагирует на тепло.

Если я установлю светодиоды, то «микромозг» робота начнёт реагировать на свет, двигаясь согласно новой программе.

Собирая Робота, я узнаю, как он функционирует, как работают его ключевые компоненты: от датчиков ЛИДАР, которые позволяют Роботу «видеть» до плат, управляющих всеми его движениями.

5.Заключение.

В результате изучения литературы по данной теме, проделанной практической работы сделаны выводы, что:

1.В наши дни робототехника применяется абсолютно во всех областях и профессиях и возможно, в будущем роботы заменят многие профессии человека вообще.

2. Существует несколько видов роботов.

Роботы первого поколения - это роботы с программным управлением, предназначенные для выполнения определенной команды.

Роботы второго поколения – это «очувствленные» роботы или сенсорные, предназначенные для сбора информации о внешней среде с помощью большого количества сенсоров.

Роботы третьего поколения - это так называемые интеллектуальные, или разумные роботы, предназначенные для решения интеллектуальных задач. Они принципиально отличаются от роботов второго поколения сложностью функций и совершенством управляющей системы, включающей в себя элементы искусственного интеллекта.

По области использования роботы делятся на виды:

• промышленные,
• бытовые,
• медицинские,
• обучающие,
• военные,
• охранные роботы,
• биороботы,
• роботы-игрушки,
• нанороботы,
• а также андроиды и киборги.

1. Конструктор Лего помогает в усвоении программирования
2. Над созданием роботов трудятся настоящие ученые и инженеры, но каждый школьник легко сможет придумать своего робота, собрав его и запрограммировав.

Как сказал Председатель Правительства РФ Дмитрий Медведев: «Уже в школе дети должны получить возможность раскрыть свои способности, подготовиться к жизни в высокотехнологичном конкурентном мире». 

В ходе моих исследований, я хотел показать, что изготовление робота очень интересный, увлекательный и познавательный процесс. В будущем я хотел бы сконструировать роботов-помощников, которые помогали бы больным людям. В разных странах есть много детей, которые с рождения не могут ходить. Есть и слепые дети. Всем им необходимы роботы-помощники. Чтобы помогать больным рукам и ногам, им нужны роботы -биопротезы.

Бывает так, что дети ломают руки или ноги, повреждают мышцы и суставы. Им могут помочь роботы-тренажёры.

Для слепых людей можно сконструировать роботов-поводырей.

В общем, я бы хотел сконструировать таких роботов, которые помогли бы людям чувствовать себя здоровыми.

Я очень хочу, чтобы мое увлечение стало моей профессией, но если я не стану конструктором, я знаю, что навыки, приобретенные при занятиях робототехникой, пригодятся мне в дальнейшем и в учебе, и в работе.

Я хочу быть технически грамотным специалистом и в будущем стать программистом. А, впоследствии, возможно, у меня получится создать уникальный робот, который поможет людям в сложных бытовых условиях или опасных профессиях или даже будет отправлен в космос для исследования других планет!!

Занятие робототехникой развивает навыки информатики, математики, технологии, физики и творческие способности.

Во многих школах уже появляется данное направление, как дополнительные занятия, но я считаю такой предмет нужно ввести в каждой школе, он очень полезен, ведь за инженерами, программистами, технологами - будущее нашей страны.