История развития робототехники с древних времен до ближайшего будущего

Для того, чтобы выделить ключевые моменты, которые повлияли на развитие робототехники, посмотрим в недалекое будущее. Так мы сможем спрогнозировать, куда же мы с вами идем в этой области науки. Тогда уже сейчас мы сможем изучать и заниматься теми направлениями, которые будут востребованы в будущем.

Робототехника строится на трех основных китах. Это конструирование, электроника и программирование. Рассмотрим историю робототехники именно с этих трех китов. Какие направления в какие отрезки времени повлияли на развитие современной робототехники.

Древняя история развития робототехники

Начнем мы с древних времен, когда только зарождалась вся механика, механизмы, кинематика. Еще в 400 годах до нашей эры мы могли читать в мифах про то, как механические создания големы заменяли людей, выполняя тяжелую и рутинную работу. Также из истории дошли до наших дней факты о том, что многие математики и учёные того времени изобретали механические конструкции. Древнегреческий математик и изобретатель Архит Тарентский еще в пятом веке до нашей эры изобрел парящего голубя. Многие историки технологии считают, что это был первый робот, изобретенный в то время.

Также мы не можем не упомянуть греческого древнего изобретателя Архимеда, который жил в Сицилии в городе Сиракузы. Ему присваивается много разработок в области механики и автоматических механизмов. Один из них был прототипом боевого робота под названием Коготь. Конструкция устанавливалась на стене и по сути переворачивала корабли римлян, выбрасывая весь экипаж за борт.

Средние века и робототехника

В средние века центром инженерной и научной мысли были католические монастыри. Альберт Великий в те времена разработал робота-служанку, которая могла самостоятельно передвигаться и даже воспроизводить речь. В 13 веке архитектор Виллар де Оннекур описывал зооморфные механизмы и фигуру ангела, способную поворачиваться за движением солнца.

А в увеселительных садах поместья графа Роберта II д’Артуа находились механизированные обезьяны, птицы и даже механические фонтаны. На закате эпохи средневековья великий Леонардо да Винчи в своих зарисовках предложил много различных механизированных конструкций, среди которых можно выделить закованного в латы и механизированного рыцаря, который мог двигать руками, поворачивать шею и даже открывать рот.

Настоящим прорывом 18 века стали новые накопители энергии — маятник и пружина. Великий мастер Жак де Вокансон изобрёл механическую утку, которая умела махать крыльями, клевать зерно и испражняться. А чего стоит автоматический музыкант, который мог играть на флейте и свирели?

Первая промышленная революция

В то же время начинаются первые попытки заменить человека на производстве. Это время начала Первой промышленной революции. И одним из первопроходцев был ткач Жозеф Мари Жаккар, который изобрел ткацкий станок, программируемый с помощью перфокарт. Это еще нельзя назвать роботом, но тот принцип программирования, который он заложил, действует в робототехнике и в нынешние времена.

К концу 19 века российский инженер Пафнутий Львович Чебышёв разработал стопоходящий механизм, который имел очень высокую проходимость. И хотя это изобретение не имело практического использования, оно дало огромный толчок в развитии работостроения.

Также в конце XIX века человек обуздал электрическую энергию и начал ее активно применять. В 1885 году прошло испытание первого электрического человека Фрэнка Рида, который имел огромные яркие прожекторы и мог стрелять электрическими разрядами прямо из глаз. Источник питания человека находился где-то в фургоне неподалеку.

Мы не можем обойти стороной великие изобретения и труды Николы Тесла. Он изобрел радиоуправление, которое также используются в нынешней робототехнике. Этот период 18-19 веков ознаменован Первой промышленной революцией. Период обусловлен во многом переходом от ручного труда к механизированному. Переход от мануфактуры к фабрикам. Здесь было много предпосылок. Это развитие легкой промышленности, это развитие металлургии, изобретение парового двигателя, транспорта и газовых фонарей. Поэтому этот период дал огромный толчок развитию технологий, их дальнейшему росту.

Вторая промышленная революция

Следующим этапом идет Вторая промышленная революция, которая проходила со второй половины 19 до начала 19 века. Она обусловлена тем, что человек все больше стал электрифицировать промышленность, развивать электрическое направление. Появились двигатели внутреннего сгорания, которые заменили паровые машины.

Символом революции стал конвейер —  это поточные линии Генри Форда на автомобильных заводах Ford. В этот период Россия не имела аналогов в мире по развитию сельского хозяйства, машиностроения, увеличения вложения государства в народное образование. По объему промышленного производства в этот период Россия занимала пятое место в мире после США, Германии, Великобритании и Франции. С развитием поточных линий и конвейеров все большая часть работы переходила от человека непосредственно к машинам. Но в тот период еще не существовало даже термина роботы. И только в 1920 году чешский писатель Карл Чапек в своем произведении впервые употребил слово робот от чешского слова «работа» — тяжелый утомительный тяжкий труд. И после этого слово робот вошло в обиход. Именно 1920 год можно считать рождением термина роботы.

Именно развитие конвейерных линий послужило стимулом для разработки роботов-манипуляторов, которые заменяли человека на этих производственных линиях. Например, в 1934 году был запатентован первый Промышленной робот-манипулятор, который служил для покраски поверхности автомобиля.

Еще одним из ключевых событий того времени было формулирование трех законов робототехники американским писателем фантастом Айзеком Азимовым. В 1942 году фантаст сформулировал те самые ключевые законы для роботов, которыми мы пользуемся и в наше время.

Также в 1986 Азимов сформулировал нулевой закон робототехники, который гласил что робот своим действием или бездействием не может допустить причинение вреда человечеству в целом.  Утверждение имело несколько различных трактовок и несколько нюансов. В глобальном смысле предпосылкой создания данных законов были те художественные произведения, в которых роботы восставали против своих создателей и начинали с ними войну. Человечество начало бояться роботов в том плане, что они могут противостоять человеку, пойти против людей. С развитием искусственного интеллекта эти страхи становятся все сильнее и сильнее.

Серьезная история робототехники начинается с появлением атомной промышленности, когда была поставлена задача работать с радиоактивными элементами. И эта задача была решена путем изобретения манипуляторов, повторяющих движения человека-оператора. Но это еще нечестные роботы, потому что они все-таки были управляемыми человеком.

Датой рождения первого настоящего робота, о котором услышал весь мир, можно считать 18 мая 1966 года. В этот день Григорий Николаевич Бабакин, главный конструктор машиностроительного завода имени С.А.Лавочкина в Химках подписал головной том аванпроекта E8. Это был «Луноход-1», луноход 8ЕЛ в составе автоматической станции E8 №203, — первый в истории аппарат, успешно покоривший лунную поверхность 17 ноября 1970.

В 1968 году в Станфордском Исследовательском Институте (SRI, Stanford Research Institute) создают «Shakey» — первого мобильного робота с искусственным зрением и зачатками интеллекта. Устройство на колесиках решает задачу объезда возможных препятствий — различных кубиков. Исключительно на ровной поверхности, т.к. робот очень неустойчив. Самое примечательное, что «мозг» робота занимает целую комнату по соседству, общаясь с «телом» по радиосвязи.

Исследования устойчивости приводят к работам над динамическим равновесием роботов, в результате чего получаются роботы-лошади и даже несколько роботов на одной ноге, — чтобы не упасть, им приходится постоянно бегать и подпрыгивать. Начинается эра исследования устойчивости и проходимости. В это время появляется множество роботов для исследования других планет и, конечно, ведения боевых действий в пустыне. Вся робототехника в Соединенных Штатах по сей день очень часто спонсируется агентством DARPA.

Третья промышленная революция

Начиная с 1980-х годов мы плавно переходим в Третью промышленную революцию, которая является цифровой революцией. Это тот период, когда человек переходит от аналоговой к цифровой промышленности. Здесь идет бурное развитие электронной техники, персональных компьютеров, развитие программирования.

Можно сказать, что начинается период роботизации человечества в целом. Робототехника проникает практически во все сферы жизнедеятельности человека. Создаются целые кластеры робототехники, целое направление. Особенно хочется отметить робототехнику, которая появляется у нас дома в виде бытовых устройств. Они могут по программам выполнять автоматические действия, тем самым облегчая жизнедеятельность человека. И многие роботы, которые раньше были дорогие, например, стиральные машины, сейчас уже не являются для нас роботами. А роботы-пылесосы и роботы-собаки, которые бегают в наших домах, это что-то пока еще новое. Их еще называют роботами, но в будущем они будут просто жизненными необходимыми устройствами.

Образовательная робототехника

С массовым развитием робототехники как науки возникает потребность во многих инженерных кадрах. Поэтому у нас возникло новое направление образовательная робототехника, которая началась в начале 90-х годов.

Именно в 1998 году компания Lego выпустила первый робототехнический набор Lego Mindstorms RCX.  Это то время, когда детям стала доступна Робототехника. Каждый ребенок мог собрать своего уникального робота и запрограммировать его на компьютере, выполняя те или иные задачи.

Дальше больше. Робототехника Lego Next и EV3 2006 и 2013 годов сменяли одно поколение на другое, представляя детям большие возможности для того, чтобы можно было сделать более сложных и запрограммировать более серьёзных роботов.  Но компания Lego не единственная, которая начала выпускать роботов для образования. Компания Fisher Technic тоже разрабатывала свои робототехнические конструкторы, и можно сказать что эти две компании конкурировали долгое время.

С развитием электроники детям хотелось большего, и появилась Робототехника Arduino. Это отдельное направление, которое сейчас является обычным для детей. Эта техника давала большие возможности по программированию контроллеров и использованию огромного количества датчиков. Тем самым развивались навыки конструирования, механики, программирования и изучения электроники.

Следующее поколение образовательной робототехники базируются на одноплатных компьютерах, например, таких как Raspberry Pie.  Ребятам представляется еще больше возможностей для создания алгоритмов и программ для роботов. Можно создавать роботы манипуляторы. Они обладают многими степенями свободы и могут быть изготовлены из различных материалов с различными приводами. Они представляют уменьшенную копию тех роботов, которые используются непосредственно в промышленности.

И еще есть отдельное направление в области образовательной робототехники — реконструирование и программирование андроидных человекоподобных роботов.  Достаточно сложное направление, о котором человечество грезило долгое время. Создать себе подобные механические устройства.

Конечно, изучение робототехники стало массовым во всем мире. Потому что нужны квалифицированные кадры. Одной из поддержек образовательной робототехники стали соревнования роботов, которые проводятся по всей стране и по всему миру.

Четвертая научно-промышленная революция

Мы живем в то время, когда вокруг много роботов и технологий. Это время начала 4 технологического уклада или четвертой научно-промышленной революции. Индустрия 4.0 обуславливается развитием новых перспективных направлений таких как большие данные, искусственный интеллект, интернет вещей, виртуальная и дополненная реальность, 3D-печать, квантовые вычисления и блокчейн.  То есть те технологии, которые сейчас находятся в самом зачатке, но через 10-20 лет они станут для нас привычными технологиями. Мы будем пользоваться ими в повседневной жизни. И в скором времени мы окажемся в беспилотных транспортных машинах, которые будут перемещать нас по городам без пробок за минимально короткое время.

Развитие технологий сейчас идет настолько стремительно, что технологии сменяют поколение в среднем через 3-5 лет. Каждый день приносит что-то новое.