Вадим Мацкевич - Занимательная анатомия роботов

• Название: Занимательная анатомия роботов
• Автор: Вадим Мацкевич
• Издательство: Радио и связь
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1998
• ISBN: 5-256-00037-3

В занимательной форме рассказано об исследованиях и разработках важнейших систем современных роботов. Показано, как можно самим выполнить ту или иную систему робота из простейших электронных схем. Приведены практические схемы отечественных и зарубежных любительских конструкций роботов. По сравнению с первым изданием (1980 г) материал значительно обновлён Для широкого круга читателей.

---

Первым роботом-лунопроходцем стал телеуправляемый советский аппарат «Луноход – 1» (рис. 7). 17 ноября 1970 года автоматическая станция «Луна – 17» совершила мягкую посадку на поверхность Луны в районе Моря Дождей. «Луноход – 1», установленный на посадочной ступени этой станции, по команде с Земли съехал на поверхность Луны и приступил к выполнению программы исследований. Его экипаж жил и работал на Земле в привычных условиях и вместе с тем неделя за неделей, месяц за месяцем «объезжал» намеченные участки лунной поверхности, останавливаясь в случае необходимости на долгое время. Эти остановки не оборачивались для экипажа изнурительным бездельем и не требовали особых мер для его жизнеобеспечения – у автоматических и телеуправляемых аппаратов уже сейчас есть ряд существенных преимуществ по сравнению с обитаемыми.

Роботы в сельском хозяйстве

Трудно представить, как, например, станет какой – то металлический шкаф «ухаживать» за живой коровой. Всё-таки ферма не цех, где роботу достаточно выполнять заданный набор механических движений. Тут будут рядом с ним беспокойные животные со своими нравом, привычками, капризами. Чтобы к ним приноровиться, нужна ещё и элементарная сообразительность, а у нашего робота даже головы нет. На месте её в верхней части шкафа поблёскивают линзы телеобъективов.

Конструкторам роботов для сельского хозяйства пришлось немало сил отдать сельскохозяйственной подготовке, изучить нрав животных, их физиологию и биомеханику. Они с секундомером следили за скоростью передвижения свиньи и коровы, узнавали, как далеко они могут отставлять ногу вперёд и в сторону, определяли, с какой силой нужно брать в руки поросёнка или телёнка, чтобы не причинить ему вреда.

Но вот робот появился на свет. И начались новые проблемы: оказалось, что все предусмотреть заранее было просто невозможно. В первый же «выход в свет» на объектив телекамеры – глаз робота – села муха, и он «ослеп». Пришлось предусмотреть устройство, имитирующее действие человеческого века.

Когда робота впервые ввели в загон к свиньям, они сразу отгрызли у него резиновые части кистей рук. Видимо, животных чем-то привлёк их запах. Значит, следовало придумать что-то, выделяющее защитный аромат.

Уже разработаны принципы построения роботов и робототехнических комплексов для разных отраслей сельского хозяйства: растениеводства, хлопководства, овощеводства и др. Есть проекты роботов для технического обслуживания и малого ремонта автотракторной техники, например проект робота – заправщика. Двадцать четыре модификации позволили бы заменить весь парк машин и механизмов, который сейчас занят в сельском хозяйстве страны.

Роборы в быту

Робототехнические устройства используют в самых различных и неожиданных областях. Они управляют игрой света в театрах по специальной программе, записанной на магнитной ленте, внедряются в сферу исследования спортивного снаряжения, разрабатывая, например, рекомендации по технике нанесения ударов теннисной ракеткой по мячу, позволяют составлять портрет человека при розыске преступника. В последнем случае имеется в виду не традиционный фоторобот. Портрет составляют телевизионная камера и «миксер», обеспечивающие появление отдельных элементов лица.

А взгляните на торговые автоматы. Если это и не роботы, то, во всяком случае, их ближайшие родственники. Такие автоматы, проглотив монету, отмеряют точную порцию подсолнечного масла либо выдают газету. Они могут разменивать деньги и продавать железнодорожные билеты. Самый простой разменный аппарат – прежде всего строгий контролёр и испытатель. В конструкцию аппарата входят механические и электромагнитные испытатели монет. Все испытание длится около двух секунд.

Нужно не забывать, что роботы – это машины, призванные служить человеку. Поэтому естественно желание человека возложить на них и такие домашние работы, которые мало кто выполняет с радостью и удовольствием: стирку, глажение, уборку, мытьё окон. Хорошо бы иметь такого роботизированного «домового». Различные предприятия уже разрабатывают бытовые робототехнические устройства. Среди них автоматические стиральные машины с набором программ, машины для мытья и сушки посуды.

Издавна музыканты, играющие в оркестре, сталкиваются, казалось бы, с простой, но трудноразрешимой проблемой: как переворачивать страницы нот, не прерывая игры? Своеобразное решение этой каверзной проблемы на самом современном уровне предложила группа швейцарских изобретателей. Они создали для этой цели маленький робот, который выполняет функцию третьей руки музыканта и по его приказу переворачивает страницу – необходимо лишь нажать ногой педаль.

В фантастическом рассказе Рэя Брэдбери «Судебный процесс» шла речь о том, что фирма, занимающаяся протезированием, допротезировалась до того, что в её клиенте, известном гонщике, уже не осталось ни одной «живой части», и так как он не оплатил в срок задолженность, фирма заявила, что он теперь является её собственностью.

«Полноразмерные» копии человека, созданные в настоящее время за рубежом, ведут себя совершенно «естественно». С. Мицуно, 44-летний японский художник и изобретатель, создал десять кукол – роботов, среди них «Томас Эдисон» и «Мэрилин Монро».

Изготовлением роботов С. Мицуно начал заниматься в 60 – х годах, когда японская электроника переживала бум. В ту пору уже существовали радиороботы. Но, по его мнению, они были «слишком медлительны и примитивны». С. Мицуно решил сконструировать своего робота, и через восемь лет появился «Томас Эдисон». Больше всего времени, как ни странно, потребовалось для создания искусственной кожи, которая по замыслу автора не должна была внешне отличаться от человеческой. С. Мицуно занялся химией и наконец получил мягкую, эластичную кожу из винила, которую он запатентовал.

Внутри «Мэрилин Монро» действует 80 электромагнитов. «Именно столько мускулов занято в движениях живого человеческого тела и лица, которые кукла имитирует», – поясняет С. Мицуно.

Разумеется, до человеческого подобия этим игрушкам ещё далеко, однако программируемость на ту или иную «манеру поведения» позволяет вполне оправданно относить их к роботам первого поколения.

Совсем другое дело – кибер, разработанный группой исследователей одной из токийских лабораторий робототехники. Это человекоподобный робот с руками, ногами, зрительным, слуховым и речевым аппаратом, и обладающий интеллектуальными способностями на уровне двух – трёхлетнего ребёнка. Он может, в частности, выполнить просьбу отыскать что – либо в помещении и принести, а также отвечать на вопросы.

Роботы – объекты повышенной опасности

Робот – помощник человека, но слепо доверяться ему нельзя (рис. 8). Те промышленные роботы, которые сейчас трудятся на заводах и фабриках, пока ещё недостаточно сообразительны. Представим, что на линии сборки автомобилей случается какой – нибудь «перекос». Автоматы этой ошибки не замечают. Их настроили на то, чтобы сверлить отверстия в дверце, а они сверлят теперь в баке для горючего. Неправильная установка изделия их не волнует. Кроме того, иногда в их электронном блоке происходит какой – нибудь сбой, и тогда автомат в «слепой ярости» начинает колотить своей мощной стальной лапой по чему попало (так случилось недавно в Японии, когда роботом был убит рабочий).

Робот, скажем, как и автомобиль или самолёт, является объектом повышенной опасности. Поэтому для большей гарантии безопасности человека, взаимодействующего с роботом, желательно, чтобы в программу поведения робота была заложена определённая осмотрительность, забота о безопасности человека.

Говоря о взаимодействии человека и робота, уместно вспомнить о трёх законах системы «человек – робот», сформулированных американским писателем – фантастом и учёным А. Азимовым:

1. Робот не должен своим действием или бездействием причинять вред человеку.

2. Робот должен повиноваться командам, которые ему даёт человек, кроме тех случаев, когда эти команды противоречат первому закону.

3. Робот должен заботиться о своей безопасности, поскольку это не противоречит первому и второму законам.

Рис. 8 Робот объект повышенной опасности

Эти законы, по мысли Азимова, должны полностью гарантировать безопасность четовека в системе «человек – робот». Создать роботов, для которых эти законы были бы непреложны, наша задача.

Роботы для Мегамира

Казалось бы, куда уж дальше, но есть совершенно безграничная область для фантазии роботостроителей – мегамир. В наше время, когда человечество планомерно осваивает ближайшую соседку Земли – Луну, фантасты устремились к звёздам. В одной нашей Галактике больше сотни миллиардов солнц, не исключено, что у многих есть планеты. Из всех космических грёз самая распространённая и самая заманчивая – мечта о встрече с братьями по разуму, с иными цивилизациями, желательно, с более развитыми, способными передать нам секреты ещё не сделанных открытий. Однако даже в Солнечной системе нет планеты, где человек остался бы в живых, сняв скафандр.