Какие будут роботы в будущем. Будущее роботов: как машины приходят в дома, в медицину и на производство
Кремниевая жизнь
На протяжении многих веков люди изобретают механизмы, способные облегчить нашу жизнь. Их уже несчетное множество, но, безусловно, самым высоким достижением человеческой мысли являются всевозможные роботы.
Человечество с древнейших времен пыталось создать механизмы, которые могли бы сами выполнять тяжелую или вредную для людей работу. Но первые успехи в этом нелегком деле появились лишь в XVIII веке. Тогда популярность набирали домашние механические куклы, представленные в 1738 году французским ученым из Гренобля Жаком де Викансон. Он представил публике искусственного музыканта, который мог исполнять на флейте 12 различных мелодий. Немного позже к флейте добавились барабан и бубен, таким образом, был создан целый механический оркестр. Но де Викансон на том не остановился. За оркестром последовало воистину удивительное по тем временам изобретение - механическая утка. Она могла самостоятельно передвигаться, махать крыльями, крякать, вращать головой.
Сегодняшняя робототехника сформировалась примерно в 50-х годах ХХ века. В 1956 году Джорджем Диро и Джозефом Энжилбергером был создан робот Ultimate, который сразу был куплен компанией General Motors. Ultimate представлял собой огромную конструкцию, похожую на человеческую руку. Примерно в это же время была основана лаборатория искусственного интеллекта в Массачусетском технологическом институте. Своим рождением лаборатория обязана Джону МакКарти и Марвину Мински. В 1966 году появился результат многолетних экспериментов Стендфордской исследовательской лаборатории - робот Shakey. Его рождение стало эпохальным событием для робототехники - первый автономный робот, способный самостоятельно ориентироваться в пространстве и объезжать препятствия, был настоящим чудом.
Принципиально другой робот, разработанный компанией Hasbro, не обладает сложным программным обеспечением и мощным центральным процессором, играющими роль своеобразного мозга, способного распознавать сложные внешние команды и адекватно реагировать на них. Hasbro B.I.O. Mechanical Bugs используют набор простых контроллеров, расположенных в разных частях тела и объединяющихся в своеобразную нервную систему. Ориентирование в пространстве и поиск себе подобных осуществляется за счет встроенных инфракрасных датчиков. Стоимость такого робота составляет 40 долларов США и за эти деньги можно получить одного из четырех B.I.O. механических жуков. При этом они могут объединяться в группы по видам и драться с «чужаками». Это достигается тем, что все четыре вида имеют различную модель поведения и технические характеристики. Также любая из модификаций может управляться с дистанционного пульта.
Современная робототехника
Современная робототехника основана на компьютерных технологиях: без компьютеров роботы не смогли бы и десятой части того, что они могут. Современных роботов можно условно разделить на две категории: рабочие (т. е. роботы, сконструированные для служебных задач) и домашние.
Промышленные роботы составляют больше 80% от всех существующих на сегодня устройств. Они способны практически полностью заменить человека на многих заводах: например, на большинстве автомобильных заводов всю сборочную работу выполняют именно роботы, человеку же остается только контролировать их. В таком подходе много плюсов: механические «рабочие» не допускают ошибок, не устают, им, в конце концов, не нужно платить зарплату.
У большинства людей слово «робот» ассоциируется с андроидом, то есть с чем-то, похожим на человека. Но в большинстве случаев такое представление оказывается ложным. Типичный промышленный робот состоит из следующих частей:
1. Контроллер - чип, координирующий все действия робота.
2. Роботизированная рука. Основной задачей руки является перемещение т. н. END-эффектора. Роботизированные руки различают по количеству степеней свободы: чем их больше, тем лучше. Большинство промышленных роботов имеют руки с 6 степенями свободы.
3. Привод - двигатель, который обеспечивает подвижность руки. Управляется контроллером.
4. END-эффектор - грубо говоря, насадка на руке робота. Такие насадки могут быть совершенно разными: от примитивного зажима до сварочного аппарата.
5. Сенсор, который обеспечивает «чувства» робота: именно благодаря ему робот распознает объект, с которым предстоит работать.
Как только появились первые образцы более-менее развитых роботов, человеку захотелось, чтобы механические создания заменили его во многих опасных местах. Например, без робота Dante II человек никогда бы заглянул в кратер действующего вулкана. Без робота Sojourner наши знания о Марсе были бы намного более скудными. Этот агрегат в 1997 году высадился на поверхность планеты и передал на Землю огромное количество фотоснимков.
Домашние роботы не приспособлены к экстремальным условиям, они не могут выполнять сложную работу. Их задача - помочь человеку в быту и развлечь его. Существует огромное количество недорогих домашних роботов: роботы-пылесосы, роботы-газонокосильщики и многие другие. Но если с первой задачей - помочь в быту - они справятся, то со второй - развлечь - дела обстоят намного сложнее. Очень небольшое количество роботов способны развлечь человека. Например, робот PaPeRo компании NEC, помимо чисто бытовых функций, умеет говорить. Этот робот знает более 300 фраз, а распознает и того больше.
Но больше всех умеет разработка компании Sony - собачка Aibo. Этот небольшой зверек имеет отличное зрение, слух, осязание. Собачка способна узнавать своего хозяина, реагировать на команды, ласку. Aibo имеет четыре стадии взросления: младенчество, детство, юность и зрелый возраст. И только от вас зависит, каким будет взрослый Aibo: характер собаки может быть разным, так как собачке присущи различные эмоции - от счастья до злобы. Кстати, в отличие от большинства других роботов эта собака весьма и весьма подвижна, она умеет бегать, прыгать, потягиваться, выполнять акробатические трюки. Кстати, при желании можно научить Aibo играть в футбол и танцевать.
Беспроводная клавиатура и мышь позволят владельцу 912-го работать как с обычным настольным компьютером.
Нетрудно предугадать, как роботы упростили бы нашу жизнь, выполняя за нас хозяйственные работы, охраняя наши дома, помогая нам на наших рабочих местах.
Вот специалисты из компании White Box Robotics и создали робота 912 «MP3». Это передвижной мультимедийный центр, который может подключаться к любому экрану и воспроизводить видео. Кроме этого в корпус встроен 5,5-дюймовый LCD-монитор. «На борту» есть достаточно мощные колонки. 912 MP3 - это концептуальная модель, серийно она не производится. Скорее - это демонстрация возможностей платформы, позволяющей превратить обычную компьютерную систему в робота.
Но это не единственный робот компании. Развлечения развлечениями, а кто-то должен заботиться о нашей безопасности. Специально для этого был создан 912 «HMV».
Его миссия - патрулировать квартиру или офис и посылать на выбранный владельцем адрес электронной почты или сотовый телефон запись любых «беспорядков». Семейство 912 было представлено на суд зрителям, посетившим в ноябре 2004 года первую выставку робототехники в США - RoboNexus 2004. К сожалению, пока что приобрести таких помощников не получится, так как их разработка находится в самом начале пути и коммерческое использование не представляется возможным.
Нанороботы
По мнению многих ученых, будущее робототехники - нанороботы. Конечно, сейчас эта область знаний человека не доросла даже до уровня обычной робототехники, но она динамично развивается.
Что такое нанороботы? Эти маленькие кибернетические механизмы спокойно смогут работать с атомами (состыковывать их друг с другом, иначе говоря, заниматься механосинтезом), передвигаться по совершенно разным поверхностям, реплицироваться (воспроизводить сами себя). Таким образом, можно будет через микромир получить практически любую конструкцию в макромире. Нанороботы будут «строить» из атомов наши дома, технику и многое другое. В теле человека они будут круглосуточно следить за его здоровьем, лечить его (уничтожать вирусы и раковые клетки, следить за состоянием сердца и т. д.), сигнализировать в случае серьезных повреждений.
Как же будут нанороботы создавать сложные макрообъекты? Да элементарно! Ведь любой объект можно описать как совокупность атомов, находящихся в «нужных» местах. Таким образом, с помощью «армии» нанороботов можно будет получить точную копию объекта в макромире.
Все, что я написал про нанороботов, выглядит чистейшей воды ненаучной фантастикой. А вот и нет! НАСА проводила длительные исследования и подтвердила возможность создания самореплицирующихся роботов. А компания Zyvex пообещала, что представит первого наноробота-ассемблера до 2010 года.
Роботы в искусстве
Практически каждое изобретение человека находит отражение в искусстве. С роботами же вышло наоборот: произведения многих фантастов вдохновляли ученых на работу над робототехникой. А началась «эра» роботов в искусстве в январе 1921 года, когда в Праге состоялась премьера новой пьесы драматурга Карела Чапека. Сюжет пьесы был достаточно привычным для нас, но для того времени предельно авангардным: роботы R.U.R. (Rossum’s Universal Robots) сначала во всем помогают людям, а затем захватывают контроль над человечеством. Кстати, именно Чапек ввел в нашу речь слово «робот» - немного измененное чешское «robota», что переводится как принудительный труд.
Но время не стоит на месте, и вскоре людям понадобились новые механические герои. И их подарил нам знаменитый фантаст Айзек Азимов. В 1940 году журнал Super Science Stories опубликовал его цикл рассказов под названием A Strange Playfellow. Они повествуют о взаимоотношениях мальчика и робота Roobie, созданного для его защиты. В этом цикле Азимов вывел основные законы робототехники , которые остаются актуальны и в наше время (и, скорее всего, будут актуальны всегда, пока существуют роботы):
Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.
Робот должен подчиняться командам человека, если эти команды не противоречат первому закону.
Робот должен заботиться о своей безопасности, пока это не противоречит первому и второму закону.
Конец ХХ века однозначно принадлежит кинематографу. В 1977 на экраны вышли эпохальные для робототехники «Звездные войны» Джорджа Лукаса. Герои этого фильма - роботы R2-D2 и C3PO - долгое время вдохновляли ученых на их работу. В наше время Голливуд дарит нам фильмы о роботах буквально каждый день. «Искусственный интеллект», «Я, робот»... Но эти фильмы уже не заставляют людей мечтать и работать над воплощением мечты, как «Звездные войны». И это не так плохо, как может показаться на первый взгляд: в 70-х роботы были чем-то революционным, фантастичным. Сейчас же мы воспринимаем их как нечто само собой разумеющееся. Это не революция, а эволюция.
Робот, который сам ищет и убирает пыль, - это мечта. Roomba - робот-пылесос от компании iRobot, стоит всего $200, но великолепно справляется со своей прямой обязанностью. Диаметр устройства всего 33 см, вес 4 кг. Это достаточно маневренный аппарат, способный убрать пыль даже в труднодоступных уголках.
Дата публикации: 26.06.2013Еще 20 лет назад роботы воспринимались, как элемент научно-фантастических романов. Уже сегодня роботы - реальность. Они применяются в сотнях различных видов деятельности и выпускаются (уже!) миллионными тиражами. Какими будут роботы будущего? Небольшой обзор-прогноз развития и распространения роботов совсем уже недалекого будущего.
Первое и самое основное предназначение роботов - конвейерная сборка машин и механизмов. Уже сегодня большинтво современных производств оснащены роботизированными конвейерами, завтра же это станет абсолютно нормой, полностью исключив человеческий труд на конвейере.
То же самое касается опасных, вредных производств, таких, как угольные шахты, химические заводы, атомная энергетика. Они будут полностью обслуживаться роботами.
Вообще любой опасный, сложный и нудный труд будет перепоручен роботам. Уборка помещений? Уже сегодня компания iRobot выпустила и продала более 2 миллионов роботов-пылесосов Roomba.
Поиск и выдача товара на складах, особенно на крупных складских терминалах? Уже сегодня существует понятие складской робот. Приземистые машины, похожие на оранжевые чемоданы на колесах, несутся на полу склада. Один робот буксирует полки с 12 поддонами бутилированной воды; другой несет коробки с шампунем. Они двигаются по-прямой, делают повороты, проходят очень близко друг от друга...
По прогнозам некоторых специалистов роботы-уборщики, роботы-дворники появятся на улицах российских городов уже через 5-6 лет, сменив на этом посту мигрантов из Средней Азии. Сначала они появятся в столицах, но еще через 3-4 года придут во все города и даже поселки. С ними не возникнет проблем на почве национальной неприязни, они точно не будут совершать поклоны в намазе или спустя рукава выполнять свою работу. Тем более, уходить в запой или требовать повышения зарплаты. Мигранты и гастарбайтеры конкуренции не выдержат!
Но роботы смогут (и уже могут) выполнять только грязную, опасную и нудную работу. В точности следования инструкциям, а также ювелирной точности выполнения тонких механических операций они очень скоро превзойдут людей и тогда начнется век повальной роботизации буквально всех процессов жизнедеятельности человека.
Робот-регулировщик дорожного движения, дорожный полицейский? Легко! Точно зафиксирует нарушение, выпишет электронный штраф, заблокирует машину для движения - с таким не поспоришь, такому не дать взятку.
Робот-хирург? Он не устанет, не забудет в оперируемой полости больного ватный тампон, а встроенная в него система точной диагностики и контроля жизнедеятельности пациента позволит точно ставить диагноз и контролировать состояние больного лучше целой бригады врачей.
Робот-ювелир? Благодаря встроенной в него системе спектрального анализа он безошибочно опеределит ценность того или иного алмаза, выполнит филигранную огранку.
Отдельной областью роботизации будут проходить нано-роботы - микроскопические электромеханические устройства, способные проникать в организм человека и совершать в нем различные манипуляции без скальпеля и наркоза.
Кроме того, и это будет настоящей научной революцией, способной вывести науку и производство на совершенно новый, невозможный сегодня уровень развития, нанороботы смогут выполнять «строительство» различных материалов и структур из молекул и даже атомов! Уже сегодня ведутся подобные исследования и они обещают создание в недалеком будущем фантастических по прочности и практичности материалов, с помощью которых человечество сможет выйти в космическое пространство - как в перносном, так и в прямом смысле этого слова.
Нанороботы смогут не только производить, но и чинить, в том числе и клетки человеческого организма. Медицинские нанороботы сделают человека нестареющим и неболеющим, да что там - практически неуязвимым! Множество невидимых нанороботов в форме «конструктивного тумана» заполнят пространство у поверхности земли, готовые по первой мысленной команде человека мгновенно преобразоваться в любой предмет...
Последний абзац - это, скорее очередные мечты о светлом будущем человечества. Вполне возможно, и об этом уже задумываются многие ученые и писатели, роботы настолько превзойдут человека, что со временем захотят превратиться из обслуживающего персонала в доминирующую на Земле рассу. Результаты этой возможной «войны машин» с человеком, скорее всего, будут печальны.
Впрочем, надеюсь, что это произойдет не скоро. На нашем веку роботы будут развиваться во благо человека и это не может не радовать.
Последние советы раздела «Наука & Техника»:
Зачем нужна рация
Что значит статическое электричество в нашей жизни
С момента своего появления полвека назад роботы прошли путь от примитивных механизмов до сложных, эффективных устройств, во многом превзойдя по своим возможностям человека. В ближайшие десятилетия всё более совершенные роботы станут незаменимыми помощниками людей и смогут взять на себя обеспечение большей части потребностей цивилизации.
История роботов
Unimate – первый промышленный робот на заводе General Motors
Первым современным роботом стал Unimate, робот с механической рукой, разработанный для General Motors в 1961, выполнявший последовательность действий, записанную на магнитный барабан.
Активное производство роботов началось в 1970-е годы. Прежде всего, они стали использоваться в производстве, для выполнения однообразных (и часто опасных) операций. Больше всего промышленных роботов используется в автомобильной промышленности, где они работают на штамповочных и сварочных участках, в покрасочных камерах, на сборке. Разумеется, роботы не могли сразу заменить людей в промышленности, но доля человеческого труда в производстве с тех пор неуклонно сокращается. Полностью автоматизированные фабрики, такие как фабрика IBM для сборки клавиатур в Техасе, называются «фабрики без освещения». Люди там уже не нужны: абсолютно всё производство, от момента выгрузки материалов и до получения готовой продукции у погрузочных ворот, полностью роботизировано и может работать круглосуточно и без выходных.
Роботы давно стали важной частью научной фантастики. В 1921 году роботы стали героями пьесы Карела Чапека «Р.У.Р. » (Россумовские Универсальные Роботы). А через 20 лет Айзек Азимов сформулировал три закона робототехники, которые надолго определили наши представления о роботах:
Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред. Робот должен подчиняться командам человека, если эти команды не противоречат первому закону. Робот должен заботиться о своей безопасности, пока это не противоречит первому и второму закону.
Роботы сегодня
Украинский робот на ликвидации последствий чернобыльской аварии
Сегодня в мире используются миллионы роботов. Применение им нашлось практически во всех сферах человеческой деятельности. Роботы управляют самолётами и поездами, спускаются в жерла вулканов и на дно океана, помогают в строительстве космической станции, в сборке автомобилей и производстве микрочипов, охраняют здания, используются военными для разведки и разминирования, помогают спасателям искать людей под завалами. Нет такой области, в которой человек не попытался создать себе автоматического помощника.
На производстве работают сотни тысяч роботов, но гораздо больше их трудится за пределами фабричных цехов. Автономные роботы, обладающие свободой передвижения, включают в себя автономные летательные аппараты, существуют роботы-сапёры (Mini-Andros), роботы-газонокосилки (Robomower), роботы-курьеры (HelpMate), доставляющие лекарства и документы в некоторых больницах, и т. д.
Научить роботов играть в футбол – непростая задача
Особая категория – андроиды или человекообразные роботы. Создать андроидов оказалось более сложным делом, чем ожидалось. Потребовались значительные достижения в области эффективных моторов, технологий машинного зрения и увеличение вычислительной мощности компьютеров, чтобы появились первые андроиды, способные передвигаться, ориентироваться в пространстве и что-то делать, такие как ASIMO и Qrio. Технологии машинного зрения позволяют роботам (пока ещё не очень хорошо) ориентироваться в пространстве, находить дорогу, распознавать предметы. Роботы могут узнавать людей по лицам и голосам. Технологии искусственного интеллекта позволяют роботам самостоятельно принимать решения и действовать автономно.
Нет чёткой грани между роботами и просто машинами. К роботам можно отнести и автоматические поезда и беспилотные летательные аппараты. Существующие технологии (автопилоты) даже позволяют компьютерам осуществлять полёты пассажирских самолётов от взлёта и до посадки. Можно считать функционально близкими к роботам банкоматы и более совершенные киоски для выполнения различных финансовых операций – они эффективно заменяют работника-человека.
iRobot продала более 2 миллионов роботов-пылесосов Roomba
Развлекательные роботы появились с выходом на рынок Aibo, робособаки от Sony. Теперь многие игрушки наделяются зачатками интеллекта – процесс, который скоро приведёт к появлению действительно разумных игрушек вроде медвежонка из фильма AI. Роботы-тюлени и роботы-кошки повышают настроение пожилых людей в японских домах престарелых. Начинается использование роботов для обучения и развлечения детей в детских садах и школах США и Южной Кореи.
В начале 2000-х роботы проникли в сферу домашнего хозяйства (что было предсказано футуристами в 60-е годы): газонокосилки, роботы пылесосы и мойщики пола. iRobot продала уже несколько миллионов робопылесов Roomba. Поумнели и неподвижные машины: стиральные, посудомоечные и т. п. Домашние роботы быстро входят в нашу жизнь. Скоро (примерно к 2015-2020 году) в среднем «умном» доме будет несколько интеллектуальных предметов бытовой техники и несколько автономных роботов.
Всё больше производственных операций будет роботизироваться. Использование программируемого производства (custom manufacturing) потребует универсальных мобильных роботов, способных не только выполнять заранее заданный набор операций на рабочем месте, но и свободно передвигаться по производственным помещениям, переносить между рабочими местами компоненты и готовые изделия и гибко реагировать на изменения в производственном процессе. Скоро такие физически простые дела как работа аптекаря или библиотекаря в книгохранилище будут отданы роботам.
Робот-аптекарь Робби
Большое количество почти полностью роботизированных фабрик и заводов начнёт появляться к 2020. К 2010-2015 роботы начнут активно использовать в сельском хозяйстве. Специализированные роботы, помогающие человеку в тяжёлой физической работе (но не полностью автономные) появятся к 2015 году. Роботов на улицах наших городов мы увидим уже к 2010-2015 году. Это будут роботы-уборщики, роботы-погрузчики.
Большая часть транспорта будет автоматизированной к 2020-2030 году. Сегодняшние автомобили значительно поумнеют: сперва они будут лишь помогать водителям выполнять некоторые операции (сложная парковка, контроль за безопасностью, движение по шоссе), но потом они возьмут на себя весь процесс вождения. Чуть раньше мобильные роботы появятся в транспортной отрасли (например, погрузочные) и горнодобывающей. Мы увидим полностью автоматизированные логистические терминалы.
Хирургический робот Da Vinci
Роботы будут всё больше использоваться в медицине. В некоторых областях они уже могут работать более эффективно, с большей точностью и меньшей вероятностью ошибки, чем доктора люди. Скоро можно будет совместить робохирургов с технологиями диагностирования (экспертные системы уже давно используются для постановки диагнозов, анализа рентгеновских снимков и т. п.). В этой области робототехника соприкасается с телехирургией, удалёнными операциями, выполняемыми человеком по видеосвязи. К 2020 году значительная часть операций будет выполняться роботами, а первые микророботы начнут вести наблюдения над здоровьем людей внутри их тел.
Роботизация будет не совсем такой, какой её описывали фантасты. Она будет сочетаться с автоматизацией (без автономности), переносом множества видов деятельности в онлайн (как заказ билетов), поумнением нашего окружения (дома, дороги, и т. п.). Например, не будет андроида-лифтёра, нажимающего кнопки, будет умный лифт. Не будет роботов-переводчиков, как 3PO из «Звёздных войн», будут функции синхронного перевода в телефонах, карманных и носимых компьютерах.
Робот, играющий в карты с людьми (будущее)
Тем не менее, появится огромное количество автономных специализированных роботов, но выглядящих совершенно по разному и выполняющих очень разные функции. Роботы будут передвигаться на колёсах, на двух и более ногах, ползком, прыжками и другими способами, причём не только по земле, но и по поверхности других планет. Роботы будут плавать на поверхности рек и морей и в глубинах океана, летать в воздухе (некоторые без посадки), обеспечивая связь и наблюдение за окружающей средой. Многие роботы будут способны менять свою форму и структуру в зависимости от ситуации. Программы и форма роботов смогут создаваться с помощью эволюционных алгоритмов.
Будут и похожие на человека двуногие и двурукие андроиды, универсальные помощники, созданные для взаимодействия с человеком в обычной среде, помощи ему в повседневной деятельности и любви. Первые подобные андроиды – это японский Asimo и корейский Hubo. Распространение на работе и в быту первые такие роботы получат после 2010 года.
Воздействие на экономику и общество
Робот-андроид в городе будущего
Появление роботов окажет огромное влияние на экономику. Физический труд человека станет ненужным во многих областях. Отношение людей к распространению роботов будет зависеть от политико-экономической системы. Например, международное исследование «Автоматизация и промышленные рабочие», проведённое в 15 странах с 1971 по 1979 годы, показало, что в капиталистических странах лишь 37% рабочих готовы активно поддерживать автоматизацию, а в социалистических 69% рабочих. Без активных действий, направленных на перестройку экономики и общества возможны негативные последствия. Но когда этот непростой процесс перехода будет завершён, наше общество преобразится. Практически весь физический труд будет автоматизирован. Большая часть управленческих работ низшего уровня будет выполняться компьютерными системами. Сверхдешёвый труд роботов сделает возможным увеличение расходов на переработку отходов, защиту окружающей среды, безопасность.
В тех странах, где общество пойдёт по коммунистическому пути развития, человек больше не должен будет работать, базовый уровень жизни для всех (жильё, питание, медицина) будет обеспечиваться трудом роботов. Люди будут значительно больше заниматься творчеством, отдыхать, наслаждаться жизнью.
Самовоспроизводство и нанороботы
Погрузка ящиков – недостойное человека занятие
Автоматизированные фабрики сегодня развиваются в сторону увеличения универсальности. Развитие производственных технологий уже к 2020-2030 годам приведёт к появлению самовоспроизводящихся систем, то есть машин, способным производить собственные копии. Первоначально это будут небольшие настольные фабрики. Это окончательно сделает роботов доступными для всех, поскольку каждая такая фабрика сможет из простых и доступных материалов создать несколько своих копий, стремительно увеличив производственные возможности человечества.
Разведывательная робомуха (будущее)
К 2015-2020 активно будут использоваться микророботы, размером в сантиметры и миллиметры. Они будут использоваться в медицине, в сельском хозяйстве (как умные сенсоры) и во многих других областях. А лет через 10 получат распространение первые нанороботы (наноботы). Нанороботы смогут выполнять строительство нужных структур из молекул и атомов, что позволит обойтись без специальной подготовки исходных материалов. Это значит, что даже отдельные нанороботы будут достаточно независимыми.
Наноробот в кровеносном сосуде (будущее)
Нанороботы произведут ещё большую революцию, чем роботы обычные, благодаря своей универсальности и размерам. Так, нанороботы не будут нуждаться в каких-то особых материалах – для производства практически чего угодно они смогут использовать даже воду (состоящую из водорода и кислорода) и воздух (содержащий азот, кислород и углерод в углекислом газе). Нанороботы смогут легко создавать любые, самые сложные и совершенные материалы и продукты с абсолютной точностью. Разумеется, они смогут создавать и свои собственные копии, так что их всегда будет достаточно, чтобы выполнить любые задачи, которые поставит перед ними человек.
Наномашины смогут не только производить, но и чинить, в том числе и клетки человеческого организма. Именно медицинские нанороботы сделают человека не просто нестареющим и неболеющим, но и практически неуязвимым. Множество невидимых нанороботов в форме «конструктивного тумана» заполнят пространство у поверхности земли, готовые по первой мысленной команде человека мгновенно преобразоваться в любой предмет.
А через какое-то время человечество может принять решение о перестройке всей нашей планеты в гигантскую наносистему. Внешне планета изменится мало, но каждая песчинка, каждая капля, каждая крупица материи будет состоять из множества нанороботов и нанокомпьютеров.
Роботы давно стали частью нашего мира. Фантасты представляли, что машины заменят людей на вредных и поточных производствах, станут безропотными слугами и интеллектуальными помощниками. Но в реальности роботы не замещают человека, а создают для него принципиально новые виды деятельности. Чего нам ждать от дальнейшей автоматизации?
Любая технология появляется, когда на неё возникает социальный заказ. Идея искусственных слуг, помогающих человеку в быту, впервые появилась ещё в античности. Гораздо позднее возникла идея андроидов - механизмов, имитирующих облик и движения людей. Но даже паровые машины XIX столетия не могли заменить человека. Время настоящих роботов началось в эпоху электричества.
Эра дистанционного управления
В начале ХХ века футурологи верили, что в грядущей мировой войне сражаться будут дистанционно управляемые боевые машины, а их водители смогут находиться на безопасном расстоянии от поля боя. Поверить в это их заставили обещания инженеров: так, в 1898 году Никола Тесла продемонстрировал миниатюрную лодку, управляемую по радио.
Никола Тесла создал первую телеуправляемую лодку
Как часто бывает, футурологи ошиблись с масштабами. Но военные «роботы» действительно появились в Первую мировую. В 1915 году в состав немецкого флота приняли взрывающиеся катера Fernlenkboot, построенные по проекту фирмы Siemens & Halske. Некоторыми из них управляли по электропроводам длиной около 20 миль, другими - по радио. Наиболее успешным применением катеров стала атака на британское судно «Эребус» в 1917 году.
Кроме того, доктор Вильгельм фон Сименс разработал для немецкой авиации телеуправляемую планирующую торпеду, которая должна была сбрасываться с дирижабля, но дальше испытаний дело не пошло. Тогда же, весной 1917 года, совершил первый полёт и радиоуправляемый беспилотный аэроплан Aerial Target, построенный под руководством английского физика Арчибальда Лоу.
В 1920-е годы инициативу перехватили советские инженеры: появилось Особое техническое бюро, которое возглавил Владимир Бекаури. Оно создавало системы дистанционного управления для бомбардировщиков «ТБ-1» и «ТБ-3». Но задача оказалась слишком сложной: в первый и последний раз телеуправляемый бомбардировщик «Торпедо» взлетел только в 1942 году. Помимо самолётов, Бекаури разрабатывал телеуправляемый катер и телетанки «ТТ-26». Последние даже использовались в ходе Зимней войны с Финляндией и в начале Великой Отечественной. Впрочем, они показали низкую эффективность и были сняты с вооружения.
Немецким войскам тоже не помогли ни самоходная мина Goliath, ни крылатый самолёт-снаряд V-1, ни баллистическая ракета V-2. Все эти образцы «чудо-оружия» можно отнести к первым примерам серийной роботехники. Но они оказались несвоевременными и не столько наносили урон противнику, сколько пожирали ресурсы.
Британский тренировочный дрон-мишень Queen Bee, созданный в 1935 году
Впрочем телеуправляемые системы применялись не только в военном деле. Если полистать журналы 1930-х годов, можно увидеть, что телеуправлению собирались доверить все сферы жизни: энергетику, транспорт, промышленность, сельское хозяйство. И, конечно, научные исследования - ведь механизмы могли проникнуть туда, где человек не может находиться без риска для жизни.
Наибольшее распространение системы дистанционного управления получили в космонавтике. Все спутники, межпланетные аппараты, грузовые и пилотируемые корабли так или иначе управляются с Земли. Настоящим прорывом стали в 1970-х годах советские «Луноходы», успех которых в наше время развили американские марсоходы Spirit, Opportunity и Curiosity. А в 2013 году и китайцы успешно доставили на Луну свой аппарат «Юйту».
Телеуправляемые планетоходы продолжают изучать Луну и Марс
На основе планетоходов были разработаны самоходные роботы, способные выполнять задания в зонах радиационного заражения. В ликвидации последствий Чернобыльской аварии участвовали роботизированные комплексы. Сегодня аналогичные системы используются в хранилищах радиоактивных отходов.
Телеуправляемые механизмы распространены и в авиации. Беспилотные летательные аппараты вошли в серийное производство сначала в качестве мишеней, затем - разведчиков. Появление спутниковой навигации расширило возможности дронов: теперь их используют, чтобы искать цели и наносить по ним удары. Наибольших успехов тут добились американцы, на ворружении у которых свыше 11 тысяч дронов.
Самым передовым считается беспилотник Х-47B, способный взлетать с авианосца и дозаправляться в воздухе; причём эти сложные манипуляции он может совершать и без оператора. А простые дроны уже давно доступны обычным людям, которые приобретают их для развлечения, фотовидеосъёмки и доставки небольших грузов.
Современные боевые дроны могут не только заниматься разведкой, но и атаковать цель
В подводном деле роботы, управляемые по кабелю или акустическому каналу связи, используются с 1960-х. Первыми здесь стали английские инженеры, построившие подводного сапёра Cutlet. Особую известность приобрёл аппарат Argo, который в 1985 году отыскал обломки «Титаника». Для дальнейших исследований судна построили «блуждающий глаз» - миниатюрный аппарат Jason Junior. В 1995 году японский подводный робот Kaiko установил рекорд, погрузившись в Марианскую впадину на глубину 10 911 метров. В мае 2009 года американский аппарат Nereus, снабжённый оптоволоконным кабелем, попытался нырнуть ещё глубже, но остановился на отметке 10 902 метра.
Конечно, телеуправляемые системы нельзя назвать полноценными роботами: они зависят от человека-оператора. Но они помогают нам исследовать мир и меняют наше отношение к нему. Ведь благодаря этим системам любой, не выходя из дома, может стать исследователем планеты, океана и космоса.
Автопилоты и автоводители
Но бывают ситуации, когда робот должен сам принимать решения. Например, при дальних космических миссиях на управлении сказывается запаздывание сигнала, с чем учёные столкнулись при первых же попытках посадить аппараты на Марс.
Потребность в системах, способных самостоятельно реагировать на изменение обстановки, возникла на заре дальней авиации. Первый простейший автопилот, который мог удерживать курс и высоту полёта, не допуская крена, был построен Лоуренсом Сперри в 1914 году. Как водится, его разработкой заинтересовались военные, и через 15 лет компания Сперри выпустила серийный автопилот для американских ВВС. В то же время автопилоты начали использоваться в судоходстве.
В 1947 году трансатлантический рейс был впервые совершён под полным управлением автопилота
С тех пор автопилоты совершенствовались, забирая у людей всё больше функций. В 1947 году американский военный самолёт С-54 совершил трансатлантический рейс под полным управлением автопилота, включая взлёт и посадку. Понятно, что он не смог бы этого сделать без наземного оборудования, которое поставляло необходимую информацию. По сей день даже самые совершенные автопилоты нуждаются в поддержке наземных и спутниковых систем, помогающих ориентироваться в пространстве, учитывать перемены погоды и воздушную обстановку. Самым ярким примером работы автопилота до сих пор остаётся уникальная посадка космического корабля «Буран» в 1988 году, прошедшая полностью в автоматическом режиме.
Современный автопилот включает мощный компьютер, изготовленный с большим запасом надёжности: например, в составе AFDS-770, устанавливаемого на авиалайнеры «Боинг-777», используются радиационно-устойчивые микропроцессоры FCP-2002, которые подойдут и для космических аппаратов.
И всё же специалисты по безопасности полётов отмечают, что автопилоты привели к новой проблеме: лётчики теряются в случае технического отказа. Привычка полагаться на бортовой компьютер оборачивается катастрофами, которых можно было избежать, понимай пилоты логику работы автопилота в экстремальных режимах. Современный командир воздушного судна должен обладать более обширными знаниями об управлении самолётом, чем его предшественник, полагавшийся лишь на свой опыт.
Беспилотные автомобили готовятся завоевать рынок. Но будут ли они достаточно безопасны?
Похожие проблемы ожидают и беспилотные автомобили. Первые эксперименты в этой области начались ещё в 1980-е. Результаты в то время оказались скромными, ведь робот-водитель должен не только ориентироваться в пространстве и соблюдать правила, но и мгновенно реагировать на ситуации торможения, сближения, обгона и так далее. Всё это было трудно организовать, пока не появились компьютеры, встроенные радары и информационные сети.
Сегодня же к серийному выпуску беспилотных автомобилей готовятся как известные автопроизводители, так и новички вроде Google и Tesla. Власти Калифорнии даже выдают лицензию на испытание беспилотных автомобилей на своих дорогах. Но эксперты предостерегают, что при массовой эксплуатации возможны необычные аварийные ситуации, а потому пассажир в беспилотном автомобиле должен обладать навыками опытного шофёра, чтобы предотвратить аварию. И зачем тогда вообще роботы-водители?..
Автопилот куда ближе к образу интеллектуальной машины, известному нам по фантастическим книгам и фильмам, чем телеуправляемые аппараты Но он демонстрирует, почему мы ещё далеки от появления по-настоящему автономных роботов. Подчиняясь заложенным программам, автопилот способен работать эффективно в условиях, которые сумели предсказать программисты, но может «пойти вразнос», если условия изменятся. Поэтому ему нужен присмотр квалифицированного специалиста, разбирающегося в том, как работает автопилот.
Умные вещи века
Социальный заказ на роботизацию включает и мечту о доме, где всё, от уборки до выбора вечерней телепередачи, автоматизировано. Вспоминается прекрасный и печальный рассказ Рэя Брэдбери «Будет ласковый дождь», где описано такое «умное» жилище.
Но фактически большая часть работ по дому давно автоматизирована. Ещё в первой половине ХХ века появились пылесосы (1901), тостеры (1909), посудомоечные машины (1913), электроутюги (1927), стиральные машины (1935) и СВЧ-печи (1945). Все они позволяют тратить на быт намного меньше времени, чем приходилось нашим предкам. Современные бытовые приборы достигли такой степени автоматизации, что их можно назвать роботами. Даже дешёвая стиральная машина способна выполнять функции целой прачечной XIX века.
Роботизированный дом будущего в представлении художника 1960-х годов
Но под «умным» домом всё же понимают нечто иное. В 1950-е годы появились проекты систем, управляющих целым зданием или квартирой. Наибольшую известность в то время получили Push-Button Manor Эмиля Матиаса, где расположенные по всему дому кнопки автоматизировали выполнение основных бытовых задач, и компьютер Echo IV Джеймса Сазерленда, который регулировал температуру в доме, включал и выключал приборы и распечатывал списки необходимых покупок.
В 1975 году шотландская компания Pico Electronics разработала первый специализированный стандарт управления домашними устройствами - X10. С тех пор появилось несколько других стандартов: EIB, EHS BatiBus, KNX. Главным управляющим центром «умного» дома становится специальное устройство - контроллер. С помощью набора сенсоров он сканирует пространство, чтобы обеспечить безопасность и комфортный микроклимат. Контроллер управляет актуаторами - приборами, которые подключены к сети и работают согласно заданному распорядку. Команды контроллеру можно отдавать как через компьютер или смартфон, так и голосом.
Со временем мы увидим дома, которые, как у Брэдбери, смогут поддерживать быт даже в отсутствие человека. Но вряд ли они кардинально облегчат нашу жизнь. Ведь если ломается один прибор, мы утешаемся тем, что другие работают. А если сломается контроллер или система сенсоров? Налаженный быт мгновенно превратится в ад. Готовы ли мы к подобному «бунту машин»?
Киберкоммунизм
Историк Ричард Барбрук в своей нашумевшей книге «Воображаемое будущее» (2007) обратил внимание на такой парадокс. Несмотря на колоссальный прогресс, за последние полвека кардинально преобразивший мир, представления людей о будущем почти не изменились. Мы всё ещё верим, что картинки из журналов 1960-х станут реальностью.
Один из образов, на который указывает Барбрук и который до сих пор владеет нашим воображением, связан с идеей киберкоммунизма. Её сформулировал в середине 1950-х советский учёный и замминистра обороны Аксель Берг. Он полагал, что электронная сеть может эффективнее управлять экономикой страны, чем свободный рынок или Госплан. А большую часть работ по обеспечению нужд населения собирались передать механическим киберам, находящимся в подчинении этой сети. За счёт высвобождения творческой энергии масс ожидался не только бурный рост экономики, но и практически безграничное расширение человеческих возможностей.
Концепцию киберкоммунизма популяризировал братья Стругацкие в утопической повести «Возвращение (Полдень, XXII век)» (1962). Вот что они писали в отрывке, который не вошёл в итоговый текст:
Многочисленные кибердворники, киберсадовники, киберперевозчики и другие киберы работали на гемомеханическом приводе - у них была мускульная и какое-то подобие кровеносной системы, они питались мусором, который они убирали, ветками, которые они стригли, пылью, через которую они двигались. Органы управления почти всех этих машин не конструировались, не собирались, даже не печатались, а выращивались в готовом виде…
Рутинный умственный труд, управление однообразными процессами, всё, что поддаётся алгоритмированию, изгнано из труда людей. Человек больше не управляет процессами, не делает статистических подсчётов, не рассчитывает новые машины и процессы. Он иногда снисходит до надзирания за управлением, всю статистику и даже выводы из статистики (стандартные, конечно) ведут машины, расчётом новых процессов и механизмов тоже занимаются инженерные машины, человек даёт только идеи.
Как мы видим, пока что из всех планов реализована только электронная сеть. Да и концепция киберкоммунизма выглядит сомнительной с учётом того, как на самом деле роботы интегрируются в общество. Они дают нам новые способы познания и преобразования мира, но остаются лишь высокотехнологичными «костылями», не способными решить ни одной по-настоящему серьёзной проблемы человечества.
Роботы компании Boston Dynamics стали невероятно популярны в интернете после серии видео с их испытаний
Настоящие андроиды
В современном обществе нет потребности в человекоподобных роботах. Даже для стресс-тестов хватает манекенов. Тем не менее, выполняя социальный заказ, сформулированный ещё в античности, инженеры стремятся создать андроида, который был бы неотличим от человека - не только внешне, но и по движениям, мимике, умению говорить и общаться.
Джордж простоял в гараже Сейла 45 лет, но после замены аккумуляторов снова оказался вполне работоспособным
Первого мобильного человекоподобного робота в духе фантастических фильмов построил из металлолома английский инженер Тони Сейл в 1949 году. Робот, прозванный Джорджем, мог ходить, садиться, поворачивать голову, поднимать руки, шевелить челюстью и произносить простейшие фразы. При этом он, конечно, не был автономным, а управлялся по радио. Сейчас он выставлен в Национальном музее компьютеров в Блетчли-Парк (Великобритания).
Главной проблемой человекоподобных роботов долгое время оставалась ходьба. С этой трудностью справился в начале 1970-х сербский специалист по биомеханике Миомир Вукобратович: он разработал теоретическую модель движения на двух ногах, а затем построил первый антропоморфный экзоскелет. В те же годы прорыв совершили японские специалисты университета Васэда, представившие робота Wabot-1. Он умел ходить, разговаривать с людьми, а главное - ориентироваться в пространстве с помощью рецепторов, имитирующих глаза и уши. Через десять лет появился Wabot-2 - он, помимо прочего, умел играть на электрооргане.
Успех вдохновил других разработчиков, и японцы вырвались вперёд в андроидостроении. В 2003 году в университета Осаки продемонстрировали робота Actroid с силиконовой кожей, напоминающей человеческую. С тех пор было выпущено несколько моделей серии Repliee, которые выглядели как японки средних лет. Движение нижней части тела у всех моделей ограничено, зато у них развитая мимика, они могут имитировать моргание, дыхание, умеют понимать человеческую речь и адекватно отвечать на вопросы.
Японских андроидов линейки Repliee издалека можно принять за людей
А вот американские инженеры создают роботов в основном для военных целей. Первая модель Greenman, сконструированная Центром SPAWAR (Space and Naval Warfare Systems), появилась в 1983 году и представляла собой торс с головой и манипуляторами. Её основной «изюминкой» была система наблюдения, смонтированная на шлеме. Следующим военным роботом стал Manny - он не умел ходить, зато ловко ползал. Наиболее перспективной разработкой SPAWAR считается ROBART III - мобильный боевой робот с пулемётом и сворой миниатюрных разведчиков, которые помогают ему выслеживать цели.
Недавно человекоподобные роботы появились и в космосе. В 2011 году шаттл «Дискавери» доставил на орбиту робонавта R2. Его тело состоит из двух частей: верхняя сделана по образцу человеческого торса, нижнюю же можно менять для решения специальных задач. Сейчас R2 под присмотром космонавтов занимается техобслуживанием внутри МКС; в будущем планируется научить его работать снаружи.
Робонавт R2 пока ещё немного умеет, но быстро учится
А российские разработчики создали робота по имени Фёдор (от Final Experimental Demonstration Object Research). Он довольно подвижен, автономен, подчиняется голосовым командам и даже умеет водить автомобиль! Вице-премьер Рогозин обещал, что Фёдор отправится в одну из космических миссий на МКС не позднее 2021 года.
Конечно, все эти проекты впечатляют. Но, скорее всего, андроиды так и останутся уникальными дорогостоящими игрушками. Даже робота-сиделку или робота-портье куда выгоднее делать не антропоморфными, а функциональными: две руки и две ноги усложняют конструкцию, не давая никаких преимуществ, кроме эстетических.
Робот Фёдор готовится к полёту на орбиту как настоящий кандидат в космонавты
Попытки создать полноценного андроида, которого не сможет отличить от человека даже эксперт, связаны не с логикой развития роботехники, а с образами из фантастики, на которой воспитывались современные инженеры. Но всё меняется, в том числе и фантастика. Возможно, в будущем проекты андроидов, которые сегодня радуют нас на выставках, будут восприниматься как технический курьёз, вроде аэропланов на паровой тяге или подземных лодок.
Ученые со всего мира работают над созданием различных роботизированных устройств и искусственного интеллекта . Поэтому не удивительно, что другая группа ученых решила проанализировать и поговорить о том, какими будут эти устройства в будущем. Понятно, что они будут высокоинтеллектуальными и технологичными, хотя многие считают, что механизмы будущего будут предельно компактными и универсальными.
Интересно, но некоторые специалисты работают над созданием роботизированных бабочек или мягких роботов. Конечно, в этом направлении специалистам предстоит работать еще довольно долго, но при этом очень быстрыми темпами развиваются технологии, ориентированные на медицинскую сферу. Роботы-медики - это технология, которая не только вполне возможна, но уже находится в стадии активного развития.
Искусственный интеллект подобных аппаратов будет строиться по весьма логичной схеме. Они будут не только способны к самообучению, но также смогут использовать единую базу данных для сохранения полученной информации.
Ученые отмечают, что уже в реалиях нашей страны используется более 500 роботизированных хирургов, благодаря которым значительным образом сокращается реабилитационный период, уменьшается размер швов, а также достигается оптимальный эффект. Так, например, некоторые операции без использования роботов были опасны или даже невозможны. Сегодня же в крупных медицинских центрах страны специалисты практикуют их проведения без риска для жизни пациента.
Искусственный интеллект будущего - это высокоинтеллектуальная система, которая сможет развиваться, основываясь на разных составляющих. Ее отличительной чертой станет схожесть с нейронной сетью, которая характерна для мозговой деятельности человека. Преимуществом ИИ станет оперативность анализа, возможность работы в различных условиях, а также достаточная эффективность его работы.
Ученые полагают, что роботы будущего будут полностью автономны, что позволит их эффективно использовать в зоне бедствий, в ограниченных условиях и в прочих сложных ситуациях. В этом случае прочные или супергибкие аппараты придутся как нельзя кстати.
Происходящее сейчас в индустрии робототехники очень напоминает автомобильную индустрию 1970-х гг. Тогда производителям машин казалось, что лучший способ обезопасить водителя в случае трагедии – посадить его в огромный джип весом в несколько тонн. Но впоследствии ученые разработали подушку безопасности – куда более технологичное и изящное решение. Теперь ровно такая же по масштабу революция происходит в области робототехники.
Для нас, простых наблюдателей, это значит, что вскоре роботов начнут активнее допускать к взаимодействию с человеком. Ведь не секрет, что функционал «умных» гуманоидов всегда искусственно ограничивался возможностями существующих алгоритмов: если какое-то действие робота нельзя было назвать стопроцентно безопасным, в коммерческий вариант робота эту возможность не включали. Теперь все проще: в случае с мягкими роботами нужды в безупречной работе алгоритмов во имя безопасности больше нет.
Доктор наук из Университета Тафтса Барри Триммер объясняет это на примере 136-килограммового робота Atlas от компании Boston Dynamics. Если дать этой машине команду отбить футбольный мяч, то она будет очень долго «прицеливаться»: то есть рассчитывать все возможные результаты своего действия и бить по мячу только в том случае, если это действие покажется ей абсолютно безопасным и единственно верным. Такие расчеты производятся несколько секунд. И эти секунды определяют разницу между роботами и животными. Триммер уверен, что так быть не должно: «Роботы долго думают, куда поставить ногу, например. Животные поступают иначе. Нам надо отказаться от идеи о том, что необходимо контролировать все переменные величины в случае с "умными" машинами», – говорит он.
«Мягкие роботы – это не просто составная часть индустрии роботостроения. Это то направление, в котором всем производителям умных машин нужно работать», – говорит преподаватель биоробототехники Швейцарского федерального института технологий в Цюрихе Фумия Иида.
Триммер резюмирует: если все пойдет по плану, то вся индустрия по созданию робототехники, за исключением небольшой ее части, займется проектированием и строительством мягких роботов. Время «терминаторов» и тяжелых железных конечностей уйдет в прошлое навсегда.
Загрузка...
