Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
Эффективность работы современных манипуляторов настолько высока, что позволяет роботу на манер фокусника сложить карточный домик или пирамиду из куриных яиц, ловить бросаемый ему человеком мячик. Хотя, конечно, назначение робота состоит вовсе не в показе фокусов. Индустриальные роботы в большинстве случаев не похожи на людей. Они представляют собой мобильные устройства, приспособленные к выполнению разнообразных работ.
В числе последних достижений робототехники следует назвать: робота-свиноматку, заботящегося о поросятах; строительный комплекс, состоящий из нескольких роботов, выполняющих все строительные работы — от закладки фундамента до штукатурных и малярных; шагающих роботов для переноса малых грузов по пересеченной местности; автоматических сборщиков автомобилей и многих других.
Голливуд часто использует робототехнику для съемки фантастических фильмов. Роботы играют в большинстве случаев самих себя или монстров. С конца 1990-х гг. создаются первые образцы роботов-секретарей, способных выполнять разнообразную работу с персональным компьютером, офисной оргтехникой, заполнять типовые документы и бланки, отвечать по телефону в режиме автоответчика.
В будущем ожидается широкое применение робототехники в сфере космонавтики. Частые неисправности на орбите отнимают у космонавтов от 1/3 до 2/3 рабочего времени на ремонт. Предполагается, что в будущем космические путешественники станут затрачивать на ремонтные работы до 107 % рабочего времени и более, т. е. космические исследования станут нерентабельными. Ремонтно-монтажные роботы, для которых выход в открытый космос безопасен, займутся работами по починке обшивки летательного аппарата, наладкой и настройкой внешнего оборудования, выводом спутников, монтажом антенн и каркасных ферм, прочими работами.
Широкомасштабные исследования других планет могут выполняться исключительно роботами. Обычные автоматы для таких целей не подходят, т. к. космические исследования требуют от устройства наличия программного обеспечения и оснащенности сложными приспособлениями, включая манипуляторы и сенсорные датчики. Аппараты, снабженные таким оборудованием, перестают быть простыми автоматами и называются роботами.
Скажем, первый в истории марсоход «Соджорнер», совершивший свое путешествие по поверхности красной планеты в 1997 г. (отключился в марте 1998 г.), является типичным роботом. Одиннадцатикилограммовый аппарат был снабжен небольшим компьютером, который выполнял сразу несколько функций: помогал марсоходу ориентироваться, снимал местность, проводил физико-химические опыты и передавал собранную информацию на станцию, которая ретранслировала сообщения на Землю.
Некоторые люди всерьез опасаются восстания стальных рабов и уничтожения ими человеческой расы. По этой причине знаменитый писатель-фантаст А. Азимов даже сформулировал три правила, которые должны неукоснительно соблюдаться при конструировании роботов. Как всегда, реальность бесконечно далека от фантастики. Угроза со стороны роботов действительно существует, но она заключается вовсе не в надуманном покорении машинами мира людей. Робототехника опасна, причем иногда смертельно опасна, для здоровья людей.
Движения заводского робота слишком быстры и неожиданны для человека-оператора, который работает в паре с машиной и управляет рабочим процессом. Роботы наносят человеку травмы самыми разными способами — ударяют манипуляторами, переносимыми деталями, прижимают к стене грузом или корпусом во время разворота, поражают рабочим инструментом во время движений. Программные ошибки, повреждения в сети питания, перепады напряжения, воздействие радиоволн приводят к тому, что устройство нередко ведет себя непредсказуемо и совершает незапланированные движения в области, где должен в безопасности находиться рабочий.
Наконец, приводит к травмам и смертельным случаям на производстве нарушение техники безопасности со стороны самих работников. Первое убийство человека роботом произошло на японском заводе более 20 лет назад, в 1981 г. С тех пор смертность по вине роботов достигла в среднем 1,7–2 человека в год. Ежегодно роботы только в Японии становятся причиной 6 случаев травм.
У работников, обслуживающих роботов или выполняющих задание с ними в паре, развивается сильный стресс и наблюдаются заболевания, вызванные стрессовым состоянием, — нервозность, психические расстройства, нарушения сердечной деятельности, язвенная болезнь желудка. Причиной тому служит страх перед человекоподобным существом, обладающим колоссальной силой и явно превосходящим человека во многих отношениях. Рабочие боятся связанной с роботами безработицы, боятся отстать от робота, не могут расслабиться во время совместного выполнения задания.
Справедливости ради нужно сказать, что роботизация не привела к безработице, но скомпенсировала устранение ряда профессий появлением новых рабочих мест. Благодаря роботам человек получил возможность избавиться от необходимости возиться в грязи и бездумно завинчивать гайки.
Однако не стоит спешить избавиться от роботов. Нужно постараться приспособить их к ограниченным возможностям человека. В 1990 г. Международная организация труда (Швейцария) издала свод из 7 правил робототехники, которые непременно должны соблюдаться ради безопасности человека. Эти правила звучат следующим образом.
1. Назначение роботов, цель их создания — повышение благосостояния человека.
2. Робототехника может вытеснять человека только с опасных для него производств.
3. Программа робота включает в себя полное повиновение человеку, потому что машина не должна как-либо подавлять своего хозяина.
4. Ни под каким видом робот не должен причинять вред человеку, а в критических ситуациях машина обязана ценой собственной поломки обезопасить работника.
5. Замена человека роботом проводится только после получения согласия со стороны рабочего.
6. От инженеров требуется добиться обеспечения максимальной простоты управления роботом. Это устройство должно быть столь же легким в эксплуатации, как детская игра.
7. Необходимо запрограммировать робота на удаление по завершении задания, чтобы он не мешал людям и остальным роботам.
Несмотря на наше неумение обращаться с робототехникой, высокоавтономные устройства станут разрабатываться и дальше. Фантасты представляют нам мир будущего, где различные работы выполняют исполинские андроиды. Судя по всему, инженерам действительно придется разрабатывать гигантов для выполнения разнообразных задач.
В первую очередь таким машинам предстоит выполнять строительные работы и проводить космические исследования. Уже в конце 1980-х гг. американцы запланировали постройку исполинского шагающего робота для изучения марсианской поверхности, постройка которого начнется в ближайшие годы. Высота машины, которой заранее дали название — «Амблер», составит 7 м.
Но больше всего ученых привлекают не гиганты, а карлики, т. е. нанотехнологии. Нанороботы отличаются крайне малыми, микроскопическими размерами. Они по своему строению, поведению, формам активности и деятельности копируют настоящие микроорганизмы. Но если человек в большинстве случаев лишен возможности управлять бактериями и простейшими, то миниатюрная робототехника полностью подчиняется своему создателю. С помощью нанороботов можно будет изготавливать сложнейшие детали, проводить ремонт разнообразных устройств, исследование рабочих циклов механизмов, осуществлять тончайшие хирургические операции.
3. Молекулярное строение вещества
Велико в жизни и хозяйственной деятельности человека значение всех тех явлений, которые имеют отношение к температуре и теплоте. Подвигом Прометея считается то, что титан подарил людям огонь. При помощи огня человечество научилось не только готовить пищу, но и расчищать лес под посевы, обрабатывать металл. Сейчас понятия температуры и теплоты, а также связанные с ними явления окружают нас повсюду. Двигатели внутреннего сгорания, ракеты, атомные реакторы, электрокамины и многое другое — все это так или иначе связано с теплом. Поэтому в начале Нового времени в физике оформилось самостоятельное направление, известное как учение о теплоте.
Кинетическая теория
Учение о теплоте чаще всего называют в наши дни молекулярно-кинетической или просто кинетической теорией. Слово «кинетический» в переводе означает «относящийся к движению», а слово «молекула» буквально переводится как «массочка», т. е. крайне малая масса. Молекулы являются мельчайшими частицами вещества, сохраняющими его химические свойства. Если преобразовать молекулу, то вещество подвергнется химическому превращению и станет новым соединением. Однако молекулы обладают еще и физическими свойствами, которые тесно связаны с тепловыми процессами и явлениями. Кроме того, в данных процессах принимают участие прочие частицы, слагающие тела: атомы, ионы, электроны и др.
