Виды робототехники. Самые продвинутые современные роботы

Настоящих роботов стали конструировать после Второй мировой войны, и они были мало похожи на гуманоидов, придуманных писателями и кинематографистами – фантастами. Эти сложные аппараты с механическими руками ничуть не походили на человеческие существа и красивых механических кукол, сделанных в XVIII веке. В наше время роботов создают уже не для развлечения публики, а для тяжелой работы на заводах, как это и заложено в изначальном названии, придуманном чешским писателем Карелом Чапеком. Благодаря достижениям кибернетики – науки, занимающейся в числе прочего созданием механизмов, воспроизводящих человеческие движения – были созданы автоматы, снабженные гибкой «кистью» (или, скорее, металлической клешней), способной захватывать различные предметы и манипулировать ими. Движения руки и кисти регулируются компьютером, который отдает роботу приказы на выполнение определенных движений и операций. Более того, благодаря развитию компьютерных программ механизмы могут адаптироваться к окружающей среде и определенным образом реагировать на воздействие внешнего мира. Они еще не могут думать, но умеют останавливаться или менять направление движения, встречаясь с какой-либо преградой.

НЕДОСТАТОК ПАМЯТИ

Одной из проблем роботов первого поколения была их память. Мы, люди, узнаем предметы потому, что за свою жизнь видели их много раз, понимаем, для чего они служат, и можем вызвать их в своем воображении. Хороший робот, по идее, должен делать то же самое. Но очень трудно создать искусственную память настолько большую, чтобы она позволяла распознавать любые предметы, оказавшиеся перед роботом. Из-за этого промышленный робот использует в своей работе ограниченный круг объектов и ограниченный набор операций. В данном случае речь идет о специализированных рабочих.

«Смелый» робот

Роботы широко используются в промышленности. Эти мыслящие машины могут заменить человека, когда нужно выполнить особо утомительное или опасное задание. В автомобильной промышленности, например, робот используется в сварке (здесь часто происходят несчастные случаи, используется пламя) и для покрытия кузова лаком (когда применяются токсичные материалы). Кроме того, робот, благодаря тому, что он управляется компьютером, может в точности воспроизводить одни и те же операции, и поэтому его используют в производстве электронных приборов – области, требующей очень точной ручной работы. По этим же соображениям промышленный робот незаменим на атомных станциях и в иных областях, где требуется особая точность или существует повышенная опасность для человека.

Современные исследования в области робототехники направлены на развитие автономности роботов, то есть на то, чтобы они могли двигаться самостоятельно, без управляющего ими человека. Для того чтобы робот обрел самостоятельность, он должен обладать заключенным внутри корпуса источником энергии и большим диапазоном функций и действий, как можно более приближенных к действиям человека. Независимых роботов можно будет использовать в опасной или непригодной для человека среде: морских глубинах, космосе, атомных станциях. На иллюстрации изображены гипотетические роботы будущего для подводных операций, опасных для человека. Подводный робот передвигается по построенной на дне установке с помощью ступней-присосок и работает двумя руками, растущими с двух сторон прямо из «головы».

ПОСЛЕ «СОДЖОРНЕРА»: ЛАПЫ ИЛИ КОЛЕСА?

Среди роботов, предназначенных для космических путешествий, есть такие, которые передвигаются с помощью ножек. Речь идет о питающихся от солнечных батарей роботах-«насекомых», которые, в отличие от колесных роботов, могут преодолевать невысокие препятствия. НАСА уже проявило большой интерес к этим новым моделям. Но тем не менее на сегодняшний день предпочтение все еще отдается «старым» – колесным – роботам. Успех космического аппарата под названием «Соджорнер» (он первым сфотографировал поверхность Марса и собрал с нее пробы) породил его младшего брата, который был назван «Номад». Это робот размером с грузовик и весом 800 кг. Больший по размерам, более устойчивый и более быстрый (до 2 км/ч), чем его предшественник «Соджорнер», «Номад» был испытан НАСА в пустыне Атакама (Чили). «Номад» показал высочайшие результаты.

РОБОТИЗИРОВАННЫЙ СУПЕРМАРКЕТ: Экспериментальная система в европейской цепи торговой сети позволяет клиентам расплачиваться за покупки кредитной карточкой, вставляя ее в щель, расположенную прямо в торговом прилавке. У покупателя нет тележки, все выбранные продукты будут лежать упакованными прямо у кассы, где будет достаточно подтвердить снятие со счета нужной суммы без каких бы то ни было чеков.

РОБОТ-ВОДОЛАЗ: Он предназначен для добывания алмазов с морского дна. Управляемый с корабля, находящегося на поверхности, он снабжен всасывающей помпой, способной собирать 50 тонн породы в час. На корабле, находящемся на поверхности, сортируется втянутая насосом порода, при этом выбираются алмазы и отбрасывается песок.

РОБОТ-ОГОРОДНИК: В Израиле уже опробован роботизированный сборщик дынь, его назвали «Ромпер» («Robotic Melon Picker* – роботизированный дынесбор-щик). Ромпера можно использовать для пересадки, выращивания и сбора растений, таких, как дыня, тыква, капуста и латук. Ромпер также может определить степень созревания растения: специальный датчик измеряет уровень природного гормона, отвечающего за созревание плодов, и может определить степень созревания каждого плода с погрешностью в один день.

Роботы ― технические устройства, выполняющие определенный набор операций. С древних времен люди пытались создать машины, заменяющие действия живого человека. Был найден чертёж человекоподобного робота, сделанный Леонардо да Винчи в XV веке.

В настоящее время роботы не всегда похожи на людей. Существует большое количество стационарных станков-манипуляторов, позволяющих дистанционно или вообще без вмешательства человека осуществлять сложные и точные операции. Такие механизмы широко применяются в промышленности и медицине.

Наиболее распространенными подвижными роботами являются колесные и гусеничные. Небольшие модели устройств такого типа можно собрать своими руками на основе готовых плат-контролеров. Колесные и гусеничные основы используются для роботов разного типа: от марсоходов до помощников по дому.

Кроме колесных и гусеничных роботов существуют шагающие. Механизмы этого типа передвигаются, поочередно переставляя отдельные опоры, как люди и животные. Подобный подход к передвижению позволяет, например, перемещаться по лестнице, а также быстро и гибко реагировать на возникающие препятствия. Построение шагающих роботов – непростая задача. Для управления приводами «ног» создаются программные алгоритмы, сложность которых существенно возрастает с каждым дополнительным требованием к передвижению.

Примером шагающего робота является четвероногий BigDog, разработанный в США для военных целей. Робот-собака предназначен для передвижения по труднодоступным местам и перемещения грузов при минимальном контроле человека. Четыре независимые точки опоры позволяют преодолевать препятствия, недоступные для колесной и гусеничной техники. В ходе тестирования BigDog показал способность двигаться по неровной наклонной поверхности, а также восстанавливать равновесие после удара сбоку.

Скорость колесных роботов соизмерима со средствами передвижения. А какую скорость может развивать шагающий робот? Например, робот-гепард Cheetah, созданный в Массачусетском технологическом институте (MIT), двигается со скоростью более 30 км/ч. Высокая скорость достигается за счет гибкого «позвоночника» и особого алгоритма движения, определяющего, с какой силой каждая нога отталкивается от земли. Робот-гепард способен не только развивать, но и поддерживать высокую скорость, работать без проводов, а также преодолевать невысокие барьеры. Последнее свойство обеспечивается алгоритмом расчета траектории прыжка.

При создании человекоподобных машин ученые столкнулись с проблемой: система с двумя точками опоры менее устойчива, чем с четырьмя. Большая часть гуманоидов снабжена гусеничной или колесной платформой. Двуногий робот Atlas от компании Boston Dynamics удерживает равновесие, наклоняя корпус и двигая руками, как человек. К тому же, Atlas способен использовать верхние конечности как дополнительную опору при движении по наклонной поверхности и для преодоления препятствий.

Одним из ярких примеров андроида является девушка-робот Repliee Q2, разработанная японскими учеными. Эта модель отличается не скоростью и равновесием, а умением взаимодействовать с людьми. Набор камер и микрофонов позволяет четко отслеживать речь, мимику и жесты собеседника. Верхняя часть тела приводиться в движение большим количеством маленьких приводов, что обеспечивает плавность движений и точную регуляцию положения тела. Кожа робота сделана из силиконового каучука, что позволяет воспроизводить мимику человека. Repliee Q2 может вести длительные беседы, шутить, реагируя на слова и действия собеседника.

В настоящее время робототехника активно развивается. Создаются более точные хирургические манипуляторы, машины, способные преодолевать любые препятствия, искусственные интеллекты и андроиды, удивительно похожие на живых людей.

Использование роботизированной техники и роботов сейчас является жизненной необходимостью, а не только показателем прогресса или наступления напророченного фантастами будущего. Увеличение объемов производства, усложнение процессов, необходимость в автоматизации – это лишь поверхностные причины, по которым роботы смогут занять значимое место в жизни человека. Кроме того, есть также необходимость исключения человеческого фактора (например, при произведении сложных вычислений или опасных манипуляций), защита человеческих жизней.

Впрочем, можно не только для помощи, но и ради развлечения и получения прибыли.

Основные тенденции развития робототехники

Основные направления развития сегодня – полная автоматизация и интеллектуальный алгоритм работы. От самоочищающихся туалетов для домашних животных и роботов-пылесосов до 3D печатных роботов, которые способны самостоятельно собирать себя, когда его детали нагреты до определенных температур.

Внедрение искусственного интеллекта позволило добиться разработки машинного зрения, автоматизированной работы, алгоритма самообучения и усложнения функций. Даже простой современный робот-пылесос уже способен произвести сильное впечатление способностью ориентироваться в пространстве, применением алгоритма решений для каждой отдельной задачи.

Одно только машинное зрение позволило развить новое поколение роботов-манипуляторов, способных обнаружить и распознать объект, подобрать соответствующий ему механизм взаимодействия. Развитие рынка робототехники в мире позволит сократить расходы на конвейеры и процессы перемещений, совершенствуя рабочий процесс производителей, операторов складов.

В данном контексте стоит упомянуть и стартапы вроде Fetch Robotics , Clearpath Robotics , и зрелые проекты Kuka/Swisslog , Adept Technologies .

Применение роботов в современном мире

Достаточно сложно ответить на вопрос - для чего нужны роботы в современном мире. Учитывая приоритетные направления развития , нельзя не упомянуть об уже сложившейся в мире ситуации: кроме вышеописанного концерна БМВ существует огромное количество фирм и компаний, где количество механических сотрудников примерно равно или даже превышает число живых рабочих.

Так, например, в японской автомобильной индустрии используют рекордное количество промышленных роботов – на каждый десяток тысяч работников приходится более полутора тысяч машин.

Современные военные роботы выпускаются в почти массовых масштабах – только в 2016 году на вооружение американской армии поступило более 5 тысяч роботов-грузчиков и манипуляторов, 25 тысяч дронов и разведывательных аппаратов. Если говорить языком денег, то развитие роботизированных военных систем в США в 2014-2018 годах уже потребовало 23,8 миллиардов долларов, из которых 21 миллиард ушел на БПЛА.

Внедряется современная робототехника в таких известных компаниях, как Адидас (перенос производства в Германию в 2017 году планируется сопроводить массовым внедрением роботов), вышеупомянутые BMW, Shenzhen Evenwin Precision Technology Co. Китайские и вовсе выстроили завод, рассчитанный исключительно на роботов, оставив людей лишь в управленческом аппарате.

В целом стоит выделить несколько основных направлений прогресса, интереса и востребованности подобных технологий:

Робототехника в быту (сервисные роботы).

Няньки, уборщики, обслуживающий персонал, грузчики, сиделки, газонокосильщики, учителя – спрос на таких роботов будет огромен, а их потенциал практически не ограничен.

Особенно интересны роботы-уборщики . Вернее, трио однотипных механизмов – уборщика, охранника и сиделки, созданных по схожему принципу и стоящих сейчас около 10 тысяч долларов. Их планируют совместить в единый многофункциональный технический организм. Ожидается, что к 2025 объем производства такой техники будет превышать 50 миллиардов долларов.

Домашние животные – достаточно старая категория роботов, которая раньше воспринималась лишь как дорогая игрушка. Сейчас функционал таких механизмов значительно расширился – от помощи детям с проблемами с координацией до банальной защиты дома и охоты за грызунами.

Мойщик окон – учитывая, что мойщики окон чаще всего требуются на многоэтажные небоскребы, профессия эта опасна для человека, а вот для механизма – самое оно. Сегодня рынок предлагает два вида таких роботов: двумодульные (навигация и чистка) и одномодульные. В России они доступны под именем Hobot 168.

Промышленные роботы.

Промышленные роботы в современном производстве составляют сегодня наибольший процент среди всех видов роботов. В качестве примера можно привести компанию BMW, которая использует более 8 тысяч роботов только в процессе создания и сборки машин и мотоциклов. Кроме того, концерт также выпускает роботизированные автомобили, способные самостоятельно ориентироваться в окружающей обстановке (еще один пример – гуглмобиль), применяет в краш-тестах сложных сенсорных роботов. Но лидером на данный момент, пожалуй, пока еще является Китай.

Кроме сборщиков, широко используются такие виды современных роботов, как роботы-разнорабочие , сварщики , укладчики , совместные роботы.

Робот разнорабочий выполняет типовые операции вроде сортировки, разгрузки, упаковывания, шлифования и так далее. Последние модели самообучающиеся и могут быть настроены под нужную модель поведения. Всего предлагается две версии – непосредственно для производства и для обучения, исследований.

Робот сварщик . В сварке задействовано почти 20% всех промышленных роботов. Позволяют быстро и качественно осуществлять электродуговую, точечную, аргонно-дуговую сварку. Кроме того, они многофункциональны и могут менять режимы сварки только за счет замены горелки.

Робот-укладчик . Такие компании как Möllers North America, KUKA, Frain Industries и многие другие используют роботизированных укладчиков. Они просты в своей кинематике, способны ориентировать грузы в 4 горизонтальных плоскостях, более мобильны и удобны, чем простые погрузчики.

К моменту начала 2017 года доля «коллективных» роботов составляет 6% общего роботорынка, но этот процент неуклонно растет. Вероятно, в числе лидеров по их производству может оказаться компания ABB (после того, как она приобрела gomTec с их роботом Робертой). Специалисты прогнозируют падение стоимости таких изделий до 10 тысяч долларов и, как следствие, резкое увеличение их использования в различных отраслях.

Медицинские роботы.

Киберпротезы и нанотехнологии, роботизированные интегрированные элементы, 3D-биопринтеры для воссоздания жизнеспособных внутренних органов используются уже сейчас.

Робот-экзоскелет . Как и протезы, очень востребованы роботизированные медицинские экзоскелеты. В качестве примера можно привести Hybrid Assistive Limb, благодаря которому прикованный к инвалидному креслу пациент сможет научиться подниматься по лестнице. Или NEUWalk, стимулирующий током поврежденный спинной мозг, позволяющий почти парализованным людям ходить. Роль роботов в медицинской сфере практически невозможно переоценить. Нанороботы. Так, например, ученые из Германии в данный момент создают нанороботов для перемещения глазной либо кровяной жидкостей, восстановления поврежденных клеток, адресной доставки лекарств.

Большие надежды на использование роботов в современном мире возлагаются на роботов-хирургов, медсестер, симуляторов пациентов.

Робот-медсестра . Не совсем пока полноценная медицинская сестра, Hospi берет на себя роль идеального помощника. Она переносит и доставляет медицинскую технику, образцы анализов (с защитой доступа), загружает карты больничных зданий и помещений. Робот полностью автономен и умеет использовать лифты.

Робот-хирург . Вряд ли человек будет способен часами сохранять такую нереальную точность проведения операций, как робот Да Винчи. В США одних только операций простатэктомии он выполняет более 80% - более 73 тысяч процедур в год. Существуют и менее популярные (пока) аналоги для точных процедур, лазерных вмешательств, коррекции зрения, мозга, клеток, извлечения костного мозга и так далее.

Врач на расстоянии . Особенно хорошо удается роботам работа терапевта. Они анализируют все данные о болезни и особенностях организма пациента и подбирают оптимальные способы лечения. В США в некоторых больницах (в том числе и дистанционно) работают такие суперкомпьютеры, как, например, Watson, ориентированный на борьбу с раком.

Симулятор пациента . Учиться на полностью реалистичном роботе пациенте куда безопаснее и, вместе с тем, куда ближе к реальности, чем использовать для этих целей труп. Популярный сегодня симулятор HPS проявляет все реакции больного – сужение зрачков на свет, имеет сложную дыхательную систему, анализатор введенного лекарства и его дозировки.

Человекоподобные роботы.

Еще их принято называть андроидами. Нынче робототехника практически не имеет ограничений по применению. Кроме чисто практических задач, она способна реализовывать и эстетические цели, развлекать и привлекать внимание. Так, например, можно упомянуть такие современные роботы-андроиды, как Альберт Эйнштейн , Geminoid F , Робот-модель , Робот-телеведущая, BINA48 . Существует целый сегмент роботов актеров театра, музыкантов, художников, моделей, игроков в шахматы или прочие игры.

Развлечение и творчество.

Актеры театра . Театр Варшавского центра науки «Коперник» прославился тем, что стал использовать специальных коммуникационных роботов Robothespians в качестве постоянных актеров. И хотя роботы пока мало двигаются, они отменно жестикулируют, пользуются мимикой и голосом. Ожидается, что в дальнейшем постановки станут сложнее и зрелищнее.

Музыканты . Роботы-музыканты с искусственным интеллектом способны не только играть разученные композиции, но и импровизировать, подстраиваться под других исполнителей. Некоторые из них обладают композиторскими навыками и способны создавать впечатляющие мелодии.

Роботы-художники . Коллекция этих ребят пополняется практически ежегодно. Портретист Paul выполняет шикарные портреты людей с помощью шариковой ручки, робот Бенджамина Гроссера реагирует на звуки и рисует свою на них реакцию, Robo-Rainbow специализируется на воссоздании радуги, Senseless создает абстрактные граффити. Есть даже роботы, профессионально раскрашивающие яйца.

Боевые роботы.

Крайне перспективным направлением последний десяток лет является роботизация армии. Ассортимент таких механизмов чрезвычайно широк – от автономных миниатюрных разведывательных дронов и шпионов до экзоскелетов. Разрабатываются и современные боевые роботы, способные полностью заменить солдат на поле боя.

Особенно эффектным из последних новинок выглядит бронированный экзоскелет TALOS , создающий защиту для солдат от пуль и осколков, увеличивающий их грузоподъемность почти на 50 килограмм, заботящийся о здоровье бойцов – он способен остановить кровь при ранении (его обещают предоставить американской армии к 2018 году).

Самые современные роботы с максимально высоким КПД конструируются именно для этой сферы человеческой жизни.

Повсеместное использование в коммерческих целях

Огромные перспективы развития робототехники наблюдаются также в сфере развлечений. Используя прогрессивные впечатляющие , производители и владельцы роботов могут комбинировать развлекательный и коммерческий элементы одновременно.

Широко используются такие достижения современной робототехники, как квадрокоптеры, обслуживающие роботы, промоутеры.

Как и экзоскелеты, квадракотеры – это роботы, которые наглядно демонстрируют, насколько могут быть универсальными современные разработки и достижения. Рекламная, коммерческая, военная, медицинская, геолокационная, разведывательная, спасательная, журналистская – всего лишь часть областей, в которых может быть использована подобная механика. Квадракоптеры стоят от 50 долларов и способны осматривать территорию, делать видео и фотосъемку, раздавать интернет, осуществлять видеотрансляции, доставлять грузы. «Белгазпромбанк», к примеру, использует их даже для того, чтобы проводить инкассацию денег.

Промоутеры . Продающая робототехника в современном мире – уже не редкость. Через интернет можно арендовать R-bot, KIKI (производства Россия) или другие модели, способные распространять флаеры, общаться с прохожими, вести видеосъемку, демонстрировать рекламную информацию на встроенных экранах, давать консультации, вести экскурсии или концерты.

Роботы в обслуживании . Самый известный пример использования роботов в сфере В2С - роботы-официанты, изготовливаемые как США, так и на китайском и российском рынке (стоимость от 4,5 до 12 тысяч долларов). Такой агрегат способен встречать клиентов, фиксировать их уход, подавать меню и принимать заказы, убирать стол, запоминать лица, общаться в голосовом режиме. Кроме чисто практического удобства и экономии на зарплате живых сотрудников, такой робот привлекает дополнительный приток посетителей одним фактом своего существования. Одни из самых дешевых роботов на сегодня – рикши. Они доступны в среднем за тысячу долларов. Могут быть использованы по прямому назначению или дополнены функциями гида, консультанта.

Еще из блога:

Расскажите о нас вашим друзьям в социальных сетях:

В современном мире нас всюду окружают машины и механизмы различных типов, однако роботы среди них пока еще довольно редкие гости. И это неудивительно, ведь главное отличие этих агрегатов от других - интеллект, который до сих пор в полной мере не познан самими создателями. И пусть современным роботам пока еще далеко до искусственных гуманоидов из фантастических романов и фильмов, но с каждым годом они становятся все более и более совершенными.

Рутинная работа, которая не требует творческого подхода, - это идеальное место для интеллектуальных машин.

Борьба с рутиной, безусловно, актуальное направление развития, но куда более важными являются сферы деятельности, сопряженные с непосредственной опасностью для жизни, поэтому полеты в космос стали одной из первых областей применения роботов. Именно здесь впервые были полноценно использованы дистанционно управляемые роботизированные станции, и чем дальше человек отправлял механических исследователей, тем более важной становилась возможность автономного принятия решений машиной. Ведь, скажем, даже до Луны сигнал с Земли идет с существенной задержкой, что уж говорить о Марсе или других планетах.

Если взглянуть глубже, основным назначением роботов, безусловно, является в первую очередь помощь человеку, в связи с чем они находят в нашей повседневной жизни все больше и больше применения.

Еще десять лет назад казалось фантастикой, что можно будет зайти в ближайший магазин бытовой электроники и купить там робота-уборщика, а теперь ползающие по квартире роботы-пылесосы уже стали привычными даже для домашних животных, которые с удовольствием используют их в качестве аттракционов.

Более того, сегодня уже используются роботы-официанты, роботы-повара в ресторанах, роботы-дворецкие и т. д. - мы расскажем вам о самых любопытных моделях.

1. Больше, чем игрушка

В 2008 году французская компания Aldebaran Robotics выпустила миниатюрного робота Nao . Этот почти игрушечный 57-сантиметровый аппарат оказался столь удачным, что разошелся по всему миру и стал основной платформой ежегодных соревнований RoboCup.

Помимо возможности свободно двигаться и общаться с хозяином с помощью речевых команд Nao обладает интерфейсом интерактивного программирования. С помощью специальной программы робота можно научить выполнять нужные операции в зависимости от заданных условий, например, принести какой-нибудь предмет.

2. Нескучный космос

Как ни странно, использование роботов в космосе не ограничивается лишь утилитарными функциями. Так, японское космическое агентство запустило на МКС робота Киробо , созданного с единственной целью - развлекать людей общением.

Томотака Такахаси, дизайнер из подразделения автоконцерна Toyota, создал Киробо по мотивам персонажа аниме «Астробой» (Astro Boy), знакомого каждому японскому мальчишке. Этот робот-собеседник не давал скучать японскому космонавту Коити Вакате во время его полета, завершившегося прошлой весной.

С тех пор уже сам механический Астробой пребывает на орбите в гордом одиночестве. Вернуть робонавта на Землю планируют в 2015 году.

3. Роботизированный ресторан

Ресторан в городе Куншан в КНР может похвастаться не только вкусной едой, но и очень оригинальным персоналом: вместо привычных официантов еду посетителям в нем разносят роботы . Кроме того, некоторые блюда также приготовлены роботами-поварами.

Владелец ресторана Сон Юган рассказывает, что занялся разработкой роботов по просьбе дочери, которая попросила его сделать робота-помощника по дому. По его словам, стоимость каждого робота составляет около 40 000 юаней, что не превышает годовую оплату обычного сотрудника. В то же время роботы - отличный способ привлечения в ресторан посетителей.

4. Роботы-дворецкие

В отеле «Алофт» в Купертино часть обязанностей персонала взяли на себя роботы A.L.O. , разработанные компанией Savioke. Так, если вам понадобится лишнее полотенце или тюбик зубной пасты, вам доставит ее весьма симпатичный электронный дворецкий. Этот робот взаимодействует с компьютерной системой отеля с помощью Wi-Fi и 4G, что позволяет ему удаленно вызывать лифты и находить нужные комнаты.