И. Артоболевский - Знакомьтесь - роботы!

• Название: Знакомьтесь - роботы!
• Автор: И. Артоболевский
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 1979

В книге рассказано о зарождении и развитии одного из важнейших направлений автоматизации, связанного с появлением нового класса машин — роботов которые моделируют двигательные функции человека.

---

И начинается следующая часть "немого фильма".

Левая рука удобно ухватывает батон колбасы, а правая уже держит острый нож. Два этих предмета — колбаса и нож — встречаются на рабочем месте — специальной доске. Опять все новые и новые движения, мелкие и размашистые, быстрые и плавные, легкие и сильные, движения, в которых участвуют то одни только пальцы, то вся рука, а то и ноги, и все тело.

И все эти разнообразные движения и действия умеет совершать и совершает один и тот же человек, один и тот же! Вот, оказывается, в чем состоит одна из главнейших особенностей того живого прототипа, механическую копию которого уже давно окрестили роботом.

Легко представить себе автомат, который только отпускает кофе, или только взвешивает апельсины, или только режет колбасу. Человека дома и на работе, на земле и в воздухе, на фабриках и заводах окружают такие автоматы. Они выполняют сравнительно узкий круг обязанностей, совершают наперед определенный, обычно очень скромный набор движений. За "железный порядок" и организованность работы в популярных книгах эти машины часто называют роботами. Но они все-таки не то, что отвечает нашему интуитивному представлению о роботе как о машине, чем-то напоминающей человека, и постепенно их перестали так называть.

Этим автоматам, как игрушечным андроидам, не хватало того главного, что свойственно человеку: двигательного богатства, способности к воспроизведению бесконечного множества самых разнообразных движений, способности по своему желанию бесконечно их изменять.

30 лет назад мы не могли и мечтать о том, чтобы создать машину, по свободе движений хотя бы в первом приближении напоминающую живое существо. В "начинку" машины можно было поместить целый комплекс самых разнообразных механизмов и получить таким образом богатый набор ее движений. Но это был бы один и тот же, наперед заданный набор, изменить который можно, только изменив "начинку" машины.

А затем появились ЭВМ — особый класс машин, для которых и "сырьем" и "готовой продукцией" является информация, одни только числа и сигналы.

В "начинке" этих машин нет механизмов, раз навсегда связывающих их "входы" и "выходы" неизменным образом. Они действуют на цифровых механизмах — универсальных и гибких, и эти механизмы и их свойства оказалось возможным использовать не только для автоматизации сложных вычислений и решения сложных математических задач, но также и для автоматизации процессов управления машинами. Мы теперь уже знаем, что это за машины. Это в первую очередь самые разнообразные станки и машины с программным управлением.

"Рука" станка, держащая инструмент, теперь может относительно заготовки совершать множество различных движений. В смысле богатства движений станок с программным управлением ушел далеко вперед от станков традиционного типа. Однако вся его конструкция в целом и функции, которые он выполняет, остались прежними. Если это фрезерный станок, то он только фрезерует, если токарный — только точит, если сверлильный — только сверлит.

Образно говоря, дело было сделано только наполовину: новый способ управления был применен к машинам традиционного типа. Это дало гигантский технический и экономический эффект, но к станкам с цифровым управлением так и не привилось название "роботы в синих воротничках", несколько лет тому назад мелькавшее на страницах зарубежных журналов.

Лишь когда гибкую и универсальную систему управления "спарили" с гибким и универсальным рабочим органом, когда цифровые механизмы использовали для управления "механическими руками", тогда возникла возможность попытаться техническими средствами воспроизвести систему, обладающую высокими двигательными возможностями. Вот тогда повсюду, где бы ни работали над созданием таких машин — машин нового типа, — хором прозвучало слово "робот"…

— Что, что? Сколько я должен?

Крайне досадно, но стройный порядок ваших размышлений опять нарушен. Весь заказ уже налицо.

И колбаса, нарезанная аккуратными ломтиками, и кусочек жареной рыбы, и хлеб, и масло, и чай с лимоном и облачком пара. Удивленное лицо буфетчицы, глухой ропот очереди вынуждают со спешкой и неуклюжестью, недостойной царя природы, добывать из многочисленных карманов не приготовленные заранее деньги.

Живой механизм

"Все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению — мышечному движению. Смеется ли ребенок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, дрожит ли девушка при первой мысли о любви, создает ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге — везде окончательным фактом является мышечное движение. Чтобы помочь читателю поскорее примириться с этой мыслью, я ему напомню рамку, созданную умом народов, в которую укладываются все вообще проявления мозговой деятельности, рамка эта — слово и дело.

Под делом народный ум разумеет, без сомнения, всякую внешнюю механическую деятельность человека, которая возможна лишь при посредстве мышц. А под словом уже вы вследствие вашего развития должны разуметь, любезный читатель, известное сочетание звуков, которые произведены в гортани и полости рта при посредстве опять тех же мышечных движений".

Такими словами великий русский физиолог И. Сеченов выражал более 100 лет назад материалистический взгляд на психическую, интеллектуальную деятельность человека. Посредством движений человек взаимодействует с окружающим миром, движениями выражает свои ощущения, движениями реализует свои намерения.

Эти слова — из его книги "Рефлексы головного мозга", изданию которой противилось царское правительство и которая навлекла на ее автора неудовольствие властей предержащих. Против И. Сеченова было даже возбуждено судебное преследование.

Каким же образом наше тело обеспечивает такое великое множество движений, каким механизмом снабдила его природа и как этот механизм действует?

Согните пальцы правой руки в кулак. А теперь разогните указательный палец и взгляните на него так, будто видите первый раз в жизни. Подвигайте им и, если хотите, ощупайте его пальцами левой руки. Убедитесь, что он состоит из трех косточек, которые могут сгибаться одна относительно другой. Пользуясь терминами механики, можем назвать указательный палец трехзвенным механизмом, его фаланги — звеньями, а суставы, соединяющие фаланги, — шарнирными сочленениями или просто шарнирами. Крайняя, третья фаланга пальца — конечное звено механизма — может поворачиваться относительно следующей, второй, только одним способом — в направлении ее сгибания и разгибания; как говорят в механике, она обладает одной степенью подвижности. И вторая фаланга относительно первой тоже может сгибаться и разгибаться только в одном направлении — еще одна степень подвижности.

Первая фаланга может поворачиваться относительно пясти — еще одна степень подвижности. Закрывая палец в кулак, вы используете одновременно все три степени подвижности.

А теперь откройте кисть, поверните ее ладонью вверх и попробуйте отвести указательный палец вправо. Удалось? Вот еще одна степень подвижности. Так устроены четыре пальца руки — каждый имеет четыре степени подвижности. Пятый палец — большой, состоит из двух костей, сообщающих ему две степени подвижности, а благодаря подвижности кости пясти, с которой он шарнирно соединен, получает еще две степени подвижности и, таким образом, тоже обладает четырьмя степенями подвижности. Итак, только пальцы и только одной руки обладают двадцатью степенями подвижности.

Откройте теперь пальцы и подвигайте всеми имя, расслабив кисть. Заметьте, как свободно движется пясть, к которой присоединены все пять пальцев, и как благодаря этому значительно расширяется подвижность всей кисти. Пясть состоит из восьми костей, которые в очень небольших пределах, но все-таки могут двигаться одни относительно других.

Из 206 костей, составляющих скелет нашего тела, свыше 50 образуют кисти рук. Свыше 50 звеньев, обладающих большой, ограниченной или малой подвижностью, образуют механизмы кистей с пальцами! В технике таких механизмов нет.

Вот почему буфетчице удавалось так легко и быстро брать блюдце и чайную ложечку, нож и стакан, апельсин и щипцы. Вот почему человек с одинаковой легкостью берет щепотку соли, молоток и напильник, шариковую ручку, перо и винтовку, иголку, горсть песка и ручку мясорубки.

Рука состоит из кисти, предплечья и плеча. Кисть присоединена к предплечью сложным сочленением, позволяющим сгибать ее в двух направлениях и поворачивать относительно продольной оси — еще три степени подвижности. Чрезвычайно подвижным сочленением является плечевой сустав; будучи шаровой конструкцией, он обеспечивает большую свободу движений в трех направлениях. Три сустава — три шарнира руки: лучезапястный, локтевой и плечевой — добавляют 7 степеней подвижности к тем 20 степеням, какими обладают пальцы кисти. Итак, механизм руки имеет ни много ни мало 27 степеней подвижности. Такой свободой движений не обладает ни одно техническое устройство, и ни одно даже не приближается к такому уровню подвижности. И вторая рука обладает еще 27 степенями свободы.