Różne automatyczne urządzenia zajmują tak silne miejsce w ludzkim życiu, że prawie nie sposób wyobrazić sobie bez nich współczesnej cywilizacji. Jednak historia robotyki jest bardzo długa, ludzie uczą się tworzyć różne maszyny przez prawie całą swoją historię. Oczywiście starożytnych maszyn nie można porównać z nowoczesnymi, były raczej ich podobizną. Pokazują jednak, że idee tworzenia maszyn, w szczególności sztucznej imitacji człowieka, wywodzą się z najstarszych warstw historii ludzkości.
Wygląd słowa „robot”
To słowo zostało wymyślone przez słynnego czeskiego pisarza Karela Capka. Po raz pierwszy użył tego terminu w tytule swojej sztuki z 1920 roku Rossum's Universal Robots. Nie można go jednak uważać za autora słowa „robot”, pochodzi ono jedynie od czeskiego robota, co oznacza tylko „pracę”. Według samego pisarza głos zaoferował jego brat Józef, podczas gdy sam Capek nie mógł się zdecydować, jak nazwać swoje postacie.
Fabuła sztuki Čapka dla wielubędą wydawać się znajome: najpierw ludzie wykorzystują swoich mechanicznych służących w różnych ciężkich pracach, potem buntują się, a następnie zniewalają ludzi.
W nowoczesnym sensie „robot” to urządzenie mechaniczne, które działa zgodnie z określonym programem samodzielnie, bez pomocy człowieka.
Koncepcja robotyki i jej prawa
W 1941 roku słynne prawa robotyki Isaaca Asimova zostały sformułowane w opowiadaniu „Kłamca”, które mają regulować zachowanie tych maszyn.
- Robot nie może wyrządzić szkody osobie lub, poprzez swoją bezczynność, pozwolić na wyrządzenie tych szkód.
- Robot musi być posłuszny człowiekowi, o ile nie jest to sprzeczne z pierwszym prawem.
- Robot może się bronić, o ile nie jest sprzeczny z pierwszymi dwoma prawami.
Następnie, wychodząc od tych praw, sam Asimov i inni autorzy stworzyli ogromną warstwę prac poświęconych relacjom między ludźmi a maszynami.
Azimov przedstawił koncepcję „robotyki”. Słowo, niegdyś używane w opowieści fantasy, jest teraz nazwą poważnej gałęzi naukowej, zajmującej się rozwojem i konstruowaniem różnych mechanizmów, automatyzacją procesów itp.
Maszyny starożytnego świata
Historia robotyki ma swoje korzenie w starożytności. Jakieś roboty zostały wynalezione w starożytnym Egipcie ponad cztery tysiące lat temu, kiedy kapłani ukryli się w posągach bogów i stamtąd rozmawiali z ludźmi. W tym samym czasie ręce posągów poruszyły się iszefowie.
Jeśli uwolnisz swoją wyobraźnię, możesz znaleźć odniesienia do robotów, na przykład w mitach starożytnej Grecji. Nawet Homer wspomina o mechanicznych sługach, których stworzył dla siebie starożytny grecki bóg Hefajstos, gigantycznego Talosa, stworzonego przez niego z brązu, aby chronić Kretę przed wrogiem. Platon opowiada o naukowcu Archytasie z Tarentu, który stworzył sztucznego gołębia zdolnego do latania.
Archimedes w III wieku p.n.e. rzekomo zbudował aparat bardzo przypominający współczesne planetarium: przezroczystą kulę napędzaną wodą, która ukazywała ruch wszystkich znanych wówczas ciał niebieskich.
W średniowieczu ludzie zaczęli już tworzyć prawdziwe maszyny zdolne do robienia wielu interesujących rzeczy. Próby stworzenia pierwszych humanoidalnych maszyn również należą do średniowiecza.
Albert Wielki, słynny alchemik z XIII wieku, stworzył androida, który działał jako strażnik, otwierając drzwi do pukania i kłaniania się gościom (Android to robot, który naśladuje osobę z wyglądu i zachowania). Zaprojektował również mechanizm zdolny do mówienia ludzkim głosem, tak zwaną gadającą głowę.
Kto jako pierwszy stworzył robota?
Projekt pierwszego robota, o którym zachowały się wiarygodne informacje, stworzył Leonardo da Vinci. Był to android, który wyglądał jak rycerz w zbroi. Według rysunków Leonarda mógł poruszać rękami i głową. Pozostaje pytanie, dlaczego słynny wynalazca nie wyposażył swojego rycerza w możliwość poruszania nogami, czyli chodzenia. Być może uważał to za problem trudny technicznie (co…jest całkowicie prawdziwe). Albo zakładano, że rycerz powinien jeździć konno, a ruchliwość nóg nie jest mu potrzebna.
Nie wiadomo na pewno, czy da Vinci był w stanie zbudować swojego „terminatora”, ale zaprojektował lwa-robota, który, gdy pojawił się król, rozdarł klatkę piersiową pazurami, pokazując herb Francji ukryty w nim.
Ponadto Leonardo miał również pomysły na interakcję mechanizmów z ludzkimi narządami, tj. już na przełomie XV-XVI wieku przewidział współczesny rozwój protez sterowanych bezpośrednio przez ludzki układ nerwowy.
Muzycy mechanicy i chodzące silniki
W XVI wieku w Europie powstało wiele urządzeń, głównie z wykorzystaniem mechanizmów naciągowych (zegarków). Na przykład w Niemczech stworzono sztuczną muchę i orła, które potrafiły latać, a we Włoszech robota-kobietę grającą na lutni.
W XVII wieku Europejczycy opracowali i ulepszyli pierwsze mechaniczne „kalkulatory”. Na początku potrafią tylko dodawać i odejmować, ale pod koniec stulecia potrafią już dzielić i mnożyć.
Ten moment można uznać za punkt zwrotny w historii robotyki, ponieważ równolegle zaczynają rozwijać się dwie gałęzie wiedzy, która w przyszłości posłuży do tworzenia nowoczesnych robotów:
- rozwój maszyn, które imitują i zastępują człowieka i jego działania;
- tworzenie urządzeń przeznaczonych do przechowywania i przetwarzania informacji.
Równolegle, mechaniczneurządzenia humanoidalne zdolne do grania na instrumentach muzycznych, pisania i rysowania.
Początek XIX wieku był naznaczony początkiem „przyjaźni” ludzi z elektrycznością. Zaczyna się szybko rozprzestrzeniać i przenikać do wielu sfer ludzkiej działalności. W tym samym czasie udoskonalano różne komputery mechaniczne i maszyny analityczne, wynaleziono telefon i telegraf.
Znane są historie różnych humanoidalnych maszyn rzekomo wynalezionych i używanych w Stanach Zjednoczonych w XIX wieku:
- w 1865 roku projektant Johnny Brainard stworzył tak zwanego człowieka parowego, którego zaprzęgnięto do wozu zamiast do konia. W rzeczywistości była to lokomotywa, która wyglądała jak człowiek (tylko znacznie większa). Musiał być stale „utopiony” i kierowany, jak koń, wodzami. Twierdzono, że potrafi „chodzić” z prędkością do 50 km/h.
- Po pewnym czasie Frank Reid już testuje „elektryka”, ale niewiele wiadomo na temat tego wynalazku.
- W 1893 roku Archie Campion przedstawił model sztucznego żołnierza o napędzie parowym o nazwie Boilerplate, który podobno był wielokrotnie używany w praktyce, np. w bitwach.
Wszystkie te informacje są interesujące, ale budzą pewne wątpliwości, ponieważ pomimo pozornie wybitnych właściwości, produkty te nigdy nie weszły do masowej produkcji, w przeciwieństwie do parowozów, parowców i tak dalej. Najprawdopodobniej istniały tylko w formie prototypów i nigdy nie znalazły zastosowania,będąc w rzeczywistości zabawkami dla dorosłych.
Wiek XX to rozkwit robotyki
W XX wieku historia robotyki wkracza w ostatni etap, co doprowadziło do powstania robotów, które ludzkość zna teraz.
Dokonują się przełomy w dziedzinie elektroniki, pojawiają się diody i triody. Pierwsze komputery lampowe są najpierw opracowywane teoretycznie, a następnie wdrażane.
W tym samym czasie powstaje pierwszy elektroniczny robot humanoidalny, sterowany na odległość, zdolny do poruszania się i mówienia. Potem przychodzi elektroniczny pies, który reaguje na światło i może szczekać.
Pod koniec pierwszej połowy XX wieku sterowane radiowo androidy uczą się rozmawiać przez telefon, chodzić, a nawet działać jako wykładowcy na wystawie, palą papierosy i tak dalej. W tym momencie wielu myślało już, że niewiele zostało - a roboty zastąpią ludzi. Jednak później staje się jasne, że nie będzie możliwe wykorzystanie ówczesnych androidów do jakiejkolwiek pracy ze względu na niewystarczający rozwój technologii w tamtym czasie.
Ale te odkrycia nie powstrzymują wynalazców - androidy nadal się pojawiały i wciąż są rozwijane.
W latach 40.-1950 trwa doskonalenie elektroniki, komputerów i programowania komputerowego, pojawia się pojęcie „sztucznej inteligencji”, po którym następuje znaczący skok w rozwoju robotyki, roboty zaczynają „być mądre” szybko.
Wreszcie od początku lat 60-tych marzenie ludzkości zaczyna się spełniać – maszyny zaczynają zastępować ludzi ciężkimi, niebezpiecznymi inieciekawe prace. Pojawiają się pierwsze zrobotyzowane manipulatory współczesnego typu. Najpierw wykonują tylko najbardziej niewygodne dla człowieka operacje, a następnie powstają automatyczne linie montażowe.
Z czasem zaczyna się szaleństwo ludzi z robotami. Dla dzieci otwieranych jest wiele kół i szkół robotyki, powstają różne zabawki edukacyjne i konstruktorzy. Branża rozrywkowa również nie ustępuje – w 1986 roku ukazała się pierwsza część filmu „Terminator”, która zrobiła furorę na całym świecie.
Robotyka domowa
Historia robotyki w Rosji, a także w Europie, ma ponad sto lat. Od pewnego czasu rosyjscy naukowcy nadążają za swoimi europejskimi odpowiednikami w projektowaniu różnych automatów: w ostatniej trzeciej połowie XVIII wieku w Rosji powstała maszyna obliczeniowa zwana maszyną Jacobsona, a w 1790 roku Iwan Pietrowicz Kulibin jego słynny „jajkowy” zegar. Wbudowano w nie kilka postaci ludzkich, które wykonywały określone czynności, zegar grał też hymn i inne melodie.
To rosyjscy naukowcy dokonali kilku znaczących odkryć w historii robotyki. Siemion Nikołajewicz Korsakow położył podwaliny pod informatykę w 1832 roku. Opracował kilka maszyn zdolnych do wykonywania inteligentnych obliczeń, używając do ich programowania kart perforowanych.
Boris Semenovich Jacobi w 1838 r. wynalazł i przetestował pierwszy silnik elektryczny, którego podstawowa konstrukcja pozostaje aktualna do dziś. Jacobiego,po zainstalowaniu go na łodzi, wybrał się z jej pomocą na spacer wzdłuż Newy.
Akademik P. L. CzebyszewW 1878 roku zaprezentował pierwszy prototyp pojazdu kroczącego – chodzącego samochodu.
M. A. Bonch-Bruevich wynalazł wyzwalacz w 1918 roku, dzięki czemu możliwe stało się stworzenie pierwszych komputerów, a V. K. Zworykin nieco później demonstruje lampę elektroniczną, która dała początek telewizji.
Pierwszy komputer pojawił się w ZSRR w 1948 r., a już w 1950 r. wypuszczono MESM (mała elektroniczna maszyna licząca), wówczas najszybsza w Europie.
Oficjalnie historię robotyki w Rosji można liczyć od 1971 roku. Następnie w Wyższej Szkole Technicznej Baumana w Moskwie utworzono wydział robotyki specjalnej i mechatroniki, kierowany przez akademika E. P. Popowa. Został założycielem państwowej szkoły robotyki inżynierskiej.
Nauka krajowa odpowiednio konkurowała z nauką zagraniczną. W 1974 roku radziecki komputer został mistrzem świata w szachowym turnieju wśród maszyn. A superkomputer Elbrus-3, stworzony w 1994 roku, był dwukrotnie szybszy od najpotężniejszego amerykańskiego komputera tamtych czasów. Nie wprowadzono go jednak do masowej produkcji, być może ze względu na trudną wówczas sytuację w kraju.
Rosyjscy automatycy kosmonauci
Oficjalnie początki robotyki w Rosji sięgają 1971 roku. Wtedy to zostało oficjalnie uznane za naukę w ZSRR. Chociaż do tego czasu rosyjskie karabiny szturmowe już orały przestrzenie z siłą i siłą.
W 1957 r. pierwszy na świeciesztuczny satelita ziemi. W 1966 roku stacja Luna-9 nadała na Ziemię sygnał radiowy z powierzchni Księżyca, a aparat Venera-3, po udanym dotarciu na planetę, zainstalował tam proporzec ZSRR.
W ciągu zaledwie czterech lat uruchomiono dwie kolejne stacje księżycowe i obie pomyślnie zakończyły swoją misję. Lunokhod-1, dostarczony przez Łunę-17, działał trzy razy dłużej niż planowano i dał radzieckim naukowcom wiele cennych informacji.
W 1973 roku inna stacja z tej samej serii dostarczyła na Księżyc kolejny księżycowy łazik, który również doskonale poradził sobie ze swoim zadaniem.
Robotyka w naszych czasach
Nowoczesne roboty przeniknęły do wielu dziedzin ludzkiego życia. Ich różnorodność jest niesamowita: są tu tylko zabawki dla dzieci, całe zautomatyzowane fabryki, kompleksy chirurgiczne, sztuczne zwierzęta domowe, bezzałogowe pojazdy wojskowe i cywilne. Ich ciągły rozwój i doskonalenie prowadzi wiele organizacji na świecie. W Rosji wiodącą pozycję w robotyce naukowej zajmuje Centralny Instytut Badawczy Robotyki i Cybernetyki Technicznej (Centralny Instytut Badawczy Robotyki i Cybernetyki Technicznej) w Petersburgu, założony w 1961 roku jako biuro projektowe przy Instytucie Politechnicznym. W tym największym ośrodku opracowano systemy elektroniczne dla statku kosmicznego Buran, stacji serii Luna i międzynarodowej stacji kosmicznej.
Specjalność „Mechatronika i robotyka” i podobne są obecne w wielu dziedzinach technicznychuniwersytety na świecie. Specjaliści z takim wykształceniem są bardzo poszukiwani na rynku pracy, ponieważ automatyzacja coraz bardziej wnika w wiele dziedzin ludzkiej działalności. Dla tych, którzy lubią ten temat w czasie wolnym, wydano wiele książek o robotyce, zarówno w Rosji, jak i w innych krajach.
Pomimo faktu, że obecna technologia osiągnęła niespotykany dotąd poziom, a roboty są aktywnie wykorzystywane przez ludzi, ich humanoidalni przedstawiciele – androidy – wciąż są „bez pracy”. Są udoskonalane, powstają coraz bardziej skomplikowane modele, ale w praktycznym zastosowaniu wciąż beznadziejnie przegrywają ze swoimi kołowymi, gąsienicowymi, a nawet stacjonarnymi „kolegami” i pozostają w zasadzie zabawkami. Faktem jest, że chodzenie ludzi jest bardzo złożonym procesem, który nie jest łatwy do naśladowania przez maszynę.
Poza tym, z praktycznego punktu widzenia, roboty humanoidalne nie są potrzebne. W przemyśle z powodzeniem sprawdzają się stacjonarne manipulatory połączone w automatyczne linie produkcyjne. Wszędzie tam, gdzie wymagany jest ruch, niezależnie od tego, czy jest to ładowanie magazynu, rozminowywanie bomb, sprawdzanie zniszczonych budynków, napęd kołowy i gąsienicowy jest znacznie łatwiejszy i skuteczniejszy niż imitacja ludzkich nóg.
Niemniej jednak ludzie nie odmawiają pracy na androidach, na całym świecie regularnie odbywają się zawody, w których przedstawiciele różnych szkół robotyki demonstrują swoje umiejętności kontrolowania swoich produktów. Turnieje są stale organizowane bezpośrednio między maszynami, na przykład w szachachlub piłka nożna.
Klasyfikacja robotów
Istnieje kilka metod klasyfikacji. Ze względu na charakter wykonywanej pracy maszyny dzielą się na przemysłowe, budowlane, rolnicze, transportowe, domowe, wojskowe, bezpieczeństwa, medyczne i badawcze.
W zależności od rodzaju sterowania są one podzielone na sterowane przez operatora, półautonomiczne i w pełni autonomiczne.
Samochody pierwszego typu to po prostu samochody zdalnie sterowane (najprostszym przykładem jest dziecięcy samochód sterowany radiowo lub helikopter). Częściowo autonomiczne mogą wykonywać niektóre operacje samodzielnie, ale w kluczowych momentach nadal wymagana jest interwencja człowieka. W pełni autonomiczne roboty wykonują niezależnie cały zakres operacji (np. manipulatory automatycznych linii montażowych).
W zależności od poziomu mobilności wyróżnia się następujące klasy robotów: stacjonarne i mobilne. Stacjonarne - to te same manipulatory, do których przywykło się przyzwyczajenie, na przykład w fabrykach samochodów. Mobilne są dalej podzielone na piesze, kołowe lub gąsienicowe.
Perkusiści nowoczesnej produkcji
Różne produkcje przemysłowe to branża, w której główna część nowoczesnych urządzeń automatycznych znajduje praktyczne zastosowanie.
Historia robotyki przemysłowej zaczyna się w 1725 roku, kiedy we Francji wynaleziono perforowaną taśmę, używaną do programowania krosien.
Początek automatyzacji produkcji miał miejsce w XIX wieku, kiedyFrancja rozpoczęła masową produkcję automatycznych krosien na kartach dziurkowanych.
W 1913 roku Henry Ford zainstalował w swojej fabryce pierwszą linię montażową do montażu samochodów. Montaż jednego samochodu trwał około półtorej godziny. Oczywiście linia ta nie była jeszcze w pełni zautomatyzowana, jak jest teraz, ale była to wyjście na jakościowo nowy poziom produkcji.
Oficjalnie wykorzystanie robotów w produkcji rozpoczyna się w 1961 roku, kiedy w fabryce General Motors w New Jersey zainstalowano pierwszy oficjalnie wyprodukowany manipulator. Ta maszyna pracowała na napędach hydraulicznych i była programowana przez bęben magnetyczny.
Boom na automatykę przemysłową przyszedł w latach 70. XX wieku. W 1970 roku w USA powstał pierwszy nowoczesny manipulator typu do zastosowań przemysłowych: miał napędy elektryczne o sześciu stopniach swobody i był sterowany z komputera. Równolegle prowadzono rozwój w Szwajcarii, Niemczech i Japonii. W 1977 roku wypuszczono pierwszego robota wyprodukowanego w Japonii.
Na początku lat 80-tych General Motors zaczął automatyzować swoją produkcję, a już w 1984 roku rozpoczęła ją również Rosja - AvtoVAZ nabywa licencję na samodzielną produkcję robotów od niemieckiej firmy KUKA Robotics. Jednak palma wciąż jest z Japończykami – w połowie lat 90. dwie trzecie całkowitej liczby robotów na świecie skoncentrowane było w Japonii, teraz jest to około połowa.
Dzisiaj wyobraź sobie motoryzację i każdą inną liniowąprodukcja bez mechanicznych asystentów jest prawie niemożliwa. Pierwsze miejsce zajmują automaty spawalnicze. Dokładność zrobotyzowanego spawania laserowego wynosi dziesiąte części milimetra. Takie urządzenie jest w stanie jednocześnie ciąć metal na części.
Następują mechanizmy, które wykonują operacje załadunku i rozładunku, podawania półfabrykatów do maszyn i przechowywania gotowych produktów.
Trzecie miejsce pod względem automatyzacji to kucie i odlewnictwo. W tej chwili prawie wszystkie takie warsztaty w Europie są zrobotyzowane, ponieważ warunki pracy są tam bardzo trudne dla ludzi.
Inne operacje, do których obecnie najczęściej wykorzystywane są automaty, to gięcie rur, wiercenie otworów, frezowanie i szlifowanie powierzchni.
Gdzie maszyny mogą zastąpić ludzi?
Odpowiedź na pytanie, czy człowiek czy robot powinien wykonywać tę czy inną pracę, tkwi w różnicach między ludźmi a maszynami. W tej chwili nawet najbardziej zaawansowane maszyny działają według określonych algorytmów (choć czasem bardzo skomplikowanych), które są wstępnie ustawione w programie. Nie mają wolnej woli, wolności wyboru, pragnień, impulsów, niczego, co determinuje twórczy komponent osoby.
Robot może wykonać pracę o dużej złożoności i precyzji, może ją wykonać w warunkach, w których człowiek nie przeżyłby nawet godziny. Ale nie będzie w stanie napisać książki ani scenariusza do nowego filmu, stworzyć obrazu, chyba że wcześniej ktoś zakorzenił go w jego pamięci.
Dlatego zawodykreatywne, gdzie ważna jest oryginalność, nieszablonowe myślenie oczywiście pozostaje z ludźmi. Robot może być spawaczem, ładowaczem, malarzem, a nawet astronautą, ale nie może zostać (przynajmniej na obecnym etapie rozwoju) pisarzem, poetą czy artystą.
Czy powinniśmy bać się robotów?
Głównym lękiem ludzkości w stosunku do maszyn jest obawa, że po osiągnięciu doskonałości pewnego dnia przestaną być posłuszni i zaczną żyć własnym życiem, zamieniając ludzi w niewolników. Ten strach szedł w parze z rozwojem robotyki. Znajduje wyraz zarówno w mitologii (np. żydowski mit golema buntującego się przeciwko swojemu twórcy), jak i w sztuce. Najbardziej znane filmy to „Matrix”, „Terminator”, wiele książek opowiadających o powstaniu maszyn. Sztuka Karela Capka, która dała życie słowu „robot”, również kończy się zniewoleniem ludzkości przez jej dawne sługi.
Jednak na obecnym etapie rozwoju nauki te obawy są bez znaczenia. Roboty nie mają świadomości podobnej do człowieka, więc nie mogą mieć w ogóle żadnych pragnień, nie mówiąc już o chęci zawładnięcia światem.
Aby odtworzyć świadomość w maszynie, człowiek musi najpierw dowiedzieć się, czym jest jego własna świadomość, jak iz czego jest formowana. Odpowiedź na to pytanie leży w głębi ludzkiego mózgu, który jest daleki od pełnego zbadania.
Aby „buntować się”, roboty muszą zrozumieć, czym jest dominacja nad światem i dlaczego jej potrzebują.
I do tego momentunawet najbardziej skomplikowana i idealna maszyna zasadniczo nie różni się od robota kuchennego czy młynka do kawy. Dlatego pytanie, kto ostatecznie będzie głównym na Ziemi - robotem czy człowiekiem, nie jest jeszcze pilne.
