Роботы. История развития машин - Александр Алексеевич Прасол
В качестве доказательств достаточно привести такой пример. Ученые Северо-Западного университета в штате Иллинойс (США) создали самого маленького на сегодняшний день управляемого робота. Его размеры по всем измерениям не превышают 0,5 миллиметров. Несмотря на такую миниатюрность, робот может ходить, прыгать, поворачиваться и изгибаться. Причем все это делается без внешнего питания от электричества или гидравлики.
Внешне робот-малютка напоминает краба с восемью лапками. Благодаря им устройство и осуществляет движения. Лапки робота могут сокращаться до десяти раз в секунду. Как же управляется такой представитель семейства роботов? Ученые нашли оригинальное решение. Оказалось, что один из сплавов с эффектом памяти деформируется при помощи тончайшего слоя из стекла. При нагревании металл возвращает свою первоначальную форму, а при остывании стеклянное покрытие заставляет его снова деформироваться. Из-за невероятно тонкой пластинки из такого композита нагрев и остывание происходят почти мгновенно. Это и позволяет роботу совершать крошечные шажки. Нагрев малютки осуществляется лазером. Причем робот совершает движение именно в сторону луча.
Разработчики считают, что такой робот может быть использован как в промышленности для ремонта или сборки сложных конструкций, так и в медицине для остановки кровотечений или удаления опухолей. Правда, с лечением могут возникать трудности – а как помещать в тело пациента манипулятор с лазером?
А какой самый большой в мире человекоподобный робот? Тут вовсю постарались японские инженеры. Видимо, им не давали покоя фильмы об ископаемом динозавре Годзилла или роботах-трансформерах, на историях о которых выросло не одно поколение детей во всем мире. В Йокогаме создали двадцатиметрового шагающего монстра Гандама. Он весит свыше двадцати тонн и может двигаться в разных направлениях. Правда, при этом Гандам не может выполнять никакую работу. Вот почему многие исследователи считают этого монстра просто-напросто анимированной скульптурой. За движение робота отвечают 24 мощных исполнительных механизма, которые дают Гандаму 24 степени свободы (о том, что это такое, будет ясно из дальнейшего повествования). Скептики, проанализировавшие конструкцию и механизмы гиганта, пришли к неутешительному заключению, что самый большой шагающий робот – на самом деле всего лишь имитация, движение которой осуществляется за счет внешних поддерживающих конструкций.
Во многих странах мира прохожих развлекают левитирующие дервиши, весь секрет зависания над землей которых заключается в хитроумной металлической опоре, которая маскируется в складках одежды. Как это похоже на феномен Гандама…
Однако оставим пока эти примеры для других, пусть они изучают их и выносят свой вердикт. Давайте лучше пройдемся по пыльным тропинках человеческой истории, чтобы понять, откуда появились идеи создания роботов, зачем мыслители Древнего мира пытались поверить алгеброй гармонию, какие технические изобретения трехтысячелетней давности сегодня используются в самых современных роботах.
Глава 1
Ab ovo, или Родословная роботов
Умели древние римляне емко выражать свои мысли! Чего стоит знаменитое: veni, vidi, vici – пришел, увидел, победил, – три слова, которыми Гай Юлий Цезарь уведомил своего друга Гая Мация в Риме о победе, одержанной им над Фарнаком, сыном Митридата Понтийского в августе 47 года до н. э.
Конечно, в Древнем мире были и другие народы, не любившие велеречивости. В известной нам Спарте была провинция Лакония, население которой вошло в историю не только военными подвигами и беспримерным мужеством, но и умением достойно ответить врагу. Легенды сохранили два таких примера. Во время войны с персами, когда триста спартанцев царя Леонида встали против воинов Ксеркса, владыка Персии с явным намеком бросил вызов грекам: «Сложи оружие!» На что Леонид, как и требовали обычаи Лаконии, ответил также двумя словами: «Приди, возьми».
Еще лаконичнее был ответ, данный спартанцами царю Македонии Филиппу, отцу будущего величайшего завоевателя Александра Македонского. Филипп, уверенный в своих силах, потребовал от противника сдачи, иначе, если он возьмет город, то его жителей ждет страшная участь. Спартанцы ответили одним-единственным словом: «Если!»
Собственно, отчего это мы взялись за древних греков и римлян?! И при чем здесь краткость языка и родословная роботов и робототехники, о которых заявлено в названии главы?! А все потому, что ставшее крылатым латинское выражение «Ab ovo», означающее буквально «От яйца», то есть, с самого начала, прежде всего, как нельзя лучше подходит к возникновению механических помощников, которые спустя тысячелетия трансформировались в привычных нам роботов.
Первую паровую турбину, вернее, ее маленькую модель, изготовили как игрушку еще в I веке до н. э. Произошло это при дворе египетских правителей Птолемеев, в Александрии, в знаменитом Мусейоне – своеобразной академии наук древности. Герон Александрийский называл эту игрушку эолопил, то есть ветряной шар.
Игрушка поражала воображение современников. Для них шар, вращающийся от действия пара, был чудом, а для Герона – очередной возможностью подтвердить свои гениальные догадки в реальном механизме. Над небольшим очагом он закрепил полый шар. В него были вставлены две трубки с загнутыми в противоположные стороны концами. Шар наполнялся водой, трубки закрывались пробками, и огонь начинал нагревать шар. В определенный момент вода закипала, в шаре резко поднималось давление. Пробки с хлопком вылетали, а пар, вырываясь из трубок, приводил шар в быстрое движение. Мог ли предположить Герон, что его вертушка станет рабочим агрегатом в современных паровых турбинах?! Или то, что сила пара будет приводить в движение поршни в паровых машинах, давая энергию пароходам и паровозам, запускать станочный парк, вырабатывать электричество?!
Учителем Герона был знаменитый Ктесибий, который, говорят, учился у самого Архимеда. Ктесибий изобрел пожарный насос, водяные часы и даже водяной орган, или гидравлос. Архимед изучал свойства рычага и открыл свой знаменитый закон гидростатики. Однако Герон превзошел своих учителей – по крайней мере, в механике. Свойствами воздуха и пара никто до Герона не занимался. А ведь в последующие столетия, как мы сказали немного выше, эта стихия будет работать в самых разных приборах и механизмах. Пневмопочта и пневмоприводы – лишь часть этого многочисленного отряда. Свои труды в этой области Герон описал в специальной книге – «Пневматика».
Эти изобретения не имели своей целью заменить тяжелый физический труд подневольных людей, но они наглядно показали пример использования научных открытий в практических целях. И породили десятки изделий, использовавшихся и в быту, и на поле брани. Тот же Герон Александрийский изобрел автоматический арбалет, стрелявший дальше и точнее любого лучника.
Сохранились чертежи и описания механизмов и автоматов – да, да, автоматов, изобретенных Героном. Например, автомата по продаже святой воды в храме. Верующий опускал в щель пятидрахмовую бронзовую монету и получал порцию воды для ритуального омовения рук и лица. Количество отпускаемой воды задавалось мерным цилиндром
