Роботы. История развития машин - Александр Алексеевич Прасол
Ранее глава компании Tesla Илон Маск опубликовал видеоролик с человекоподобными роботами Optimus, которые осторожно передвигаются по заводу и выполняют простые задачи.
Как тут не вспомнить один из фильмов Чарли Чаплина, в котором герой попадает на современное производство с заводским конвейером. Проработав на монотонных операциях, человек машинально начинает вместо фрикаделек отправлять в рот гайки и болты… Роботу никакая монотонная работа не вредит, он будет работать до тех пор, пока на исполнительные механизмы подается электроэнергия.
Сегодня многие компании предлагают десятки разновидностей роботизированных установок. Как правило, это рабочие лошадки, которые призваны выполнять рутинную, но очень ответственную работу. Мне довелось увидеть, как работают роботы компании «Простор». Руки-манипуляторы могут не только использовать сварочные держатели, но и самостоятельно поворачивают станину, на которой закреплена рама будущего вагона. И по специальной программе робот-сварщик проваривает все швы в нескольких проекциях. Человеку пришлось бы изрядно изворачиваться, чтобы работать с вертикальными и горизонтальными поверхностями.
То же касается и сверлильно-фрезерных станков с ЧПУ, на которых компьютерная программа управляет и движением манипуляторов и двигает массивную деталь, позволяя обрабатывать протяженные детали длиной до десяти метров и более. Соединенные с управляющим компьютером, такие станки-роботы могут «читать» с листа самые сложные чертежи, выполненные в таких программах, как АВТОКАД (AutoCAD), что позволяет в разы сокращать время на выполнение рабочих операций и ускорить выпуск продукции.
Но как бездушная машина может увидеть и осязать и рабочий инструмент, и производимую продукцию?!
Глава 7
Подсмотрено у природы
Создание робототехники – сложная и трудоемкая сфера деятельности. Для того чтобы промышленный робот обладал функциями квалифицированного рабочего, ему необходим целый ряд качеств, присущих человеку. Прежде всего, неких устройств, которые могли бы имитировать зрение, тактильные рецепторы, дальномер, слух и многое другое. Мы уже упомянули об этапах внедрения ряда таких устройств. Стоит заметить, что в последние годы техническое оснащение роботов существенно обогатилось. И на помощь призывают даже искусственный интеллект. О нем речь пойдет чуть ниже, а пока усвоим несколько важных принципов.
Для разработки уникальных помощников человека сегодня требуются не только знания механики, но и многочисленные открытия фундаментальной и прикладной науки. Синергия нескольких направлений дает поразительные результаты.
Для того, чтобы понять, какие принципы используются при конструировании роботов, давайте сошлемся на опыт одного из научных институтов Академии наук России. Академик Феликс Черноусько, директор Института проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН, много лет занимается проблемами механизмов различных образцов робототехники. И андроиды, и промышленные роботы, и миниатюрные устройства, предназначенные для особых случаев, скажем, для применения в медицине или диагностике разнообразных объектов, были предметом его научного интереса. Феликс Леонидович вообще весьма скептически относится к человекоподобию роботов. И причина здесь не в боязни конкуренции со стороны машинного сообщества. Элементарные сравнения человека и животного очень часто показывают уязвимость людей перед силами природы или обстоятельствами. Достаточно посмотреть на «человека прямоходящего» (или распрямленного, в латинском выражении «Homo erectus») и любого четвероногого. Площадь ступни человека всего пара десятков квадратных сантиметров. Этого явно недостаточно, чтобы устойчиво удерживать тело в вертикальном положении. К тому же на столь маленькую площадь опирается тело. У толстых людей, как правило, нарушаются кости стопы, растягиваются связки, возникает целый ряд заболеваний.
Две ноги – не самый устойчивый механизм. В качестве наглядного примера академик приводит треногу. В таком виде делают устойчивые стулья, на треногах стоят многие измерительные приборы – теодолиты, дальномеры. Такие же штативы используют фотографы для установки павильонных камер или при съемке тяжелыми фотокамерами на плэнере.
В предыдущей главе мы рассказали о шагающих человекоподобных роботах на промышленных предприятиях. Ходячие помощники передвигаются с осторожностью, а вес груза, который они могут нести, не превышает двадцати килограммов. К тому же, из-за высокого расположения центра тяжести робота, ему нужен сложный аппарат для позиционирования в пространстве. Неслучайно китайские инженеры создали робота-собаку, который вышагивает на четырех тонких ножках. А андроиды чаще всего имеют утолщенную нижнюю часть, на которой вместо ног смонтированы колесики. Таких роботов многие уже видели воочию на нескольких выставках и международных форумах, где умные устройства помогали посетителям. При необходимости они легко катились из павильона в павильон, благо везде был ровный пол.
А как поступать в том случае, если движению робота препятствуют пересеченная местность или неблагоприятные погодные условия? Вот живая картинка, свидетелем которой стала моя дочь. Она шла с работы по заснеженному тротуару и увидела, как робот-доставщик Яндекса буквально забуксовал в снежной каше. Маленькие колесики тщетно пытались выбраться из западни. Дочь вытолкала автоматического курьера из сугроба, и он покатил дальше по своему маршруту.
Для таких случаев у ученых есть свои оригинальные решения, подсмотренные у живой природы.
Академик Феликс Леонидович Черноусько рассказал о наблюдениях за передвижением рептилий, в данном случае, змей. Не имея ни ног, ни колес, змея, тем не менее, достаточно быстро передвигается не только по земле, но и в густой траве, в пустыне, по каменистым участкам в горах, а иногда и ползет по веткам деревьев. Оказалось, рептилиям помогает сухое трение.
Ученые и конструкторы, используя эффект, которым природа наделила змею, создали ряд устройств, способных двигаться по различным поверхностям. Они могут передвигаться там, где ни шагающей, ни колесной машине не пройти. Им по плечу, вернее, по ногам, и крутые подъемы, и пересеченная местность. Такие машины просто незаменимы для целого ряда профессий, чья производственная деятельность проходит в суровых условиях гористой или песчаной местности, в заснеженной тундре или заболоченной тайге…
Насколько это актуально для нашей необъятной страны, становится понятно, если обратить внимание на местности, в которых сейчас добывают углеводороды, – нефть и природный газ. Новые месторождения открывают на Крайнем Севере, а это очень неблагоприятные условия для проживания и промышленной деятельности человека. Труднодоступные районы могут быть легко покорены роботами, сконструированными с учетом секретов живой природы. В свое время в рудных карьерах трудились мощные шагающие экскаваторы. Сегодня этот принцип движения используют некоторые образцы роботов. О них мы расскажем чуть ниже, а пока продолжим знакомство с секретами, которые иногда тщательно прячет природа.
Ученый поделился и еще одним феноменом из области механики. Его может проделать любой желающий. Если сесть на стул или в кресло, при этом поднять ноги, то, раскачиваясь, можно сдвинуть мебель. Перенос центра тяжести легко описать математическими формулами, а значит, и воплотить в прикладном виде. Этот принцип механики стали использовать, сконструировав виброробота.
Так детская забава вызвала у ученых мужей далеко не праздный интерес и позволила сконструировать роботов, которые
