|
|
робототехника1. робототехника задание 1. Лекции 2 История развития робототехники
Практическое задание 1
Тема 2. История развития робототехники
Задание
Заполнить обобщающую таблицу «Основные этапы развития робототехники». Указать ученых, работающих над решением данных проблем.
Рекомендации по выполнению задания
1. Изучите материал лекции 2 «История развития робототехники» электронного учебника.
2. Заполните обобщающую таблицу «Основные этапы развития робототехники».
Бланк выполнения задания 1
Основные этапы развития робототехники
Этап, годы
|
Представители научного сообщества
|
Основные итоги периода
|
Древний мир
В 350 г. до н.э.
В 322 г. до н.э.
В конце 3 века до н.э.
|
Бог огня Гефест
Колыбель наук – Древняя Греция.
Древнегреческий математик и изобретатель Архит Тарентский
Аристотель
Древнегреческий изобретатель и философ
Ктесибий Александрийский
|
Самый известный миф (3 век до н.э.) - древнегреческий, повествующий о создании богом огня Гефестом двух рабынь из золота, прислуживающих ему, а также золотых треножников, выполнявших простейшие команды типа: принести, подать, унести. Позднее Гефест строит бронзового гиганта Талуса для охраны острова Крит от вражеских нашествий. Но есть и другие легенды, в которых Талос имеет иное происхождение. Множество деталей, присутствующих в мифах и легендах, косвенно указывают на то, что, скорее всего, Талос был первым в истории управляемым роботом.
В этой стране появились автоматические устройства, созданные для выполнения практических задач и развлечения. В качестве примера можно привести описанную Филоном Византийским механическую женщину-слугу, которая наливала из кувшина вино во вставленный в ее руку стакан.
Изобрел деревянного голубя, который запускался в небо с помощью паровой катапульты.
Предвидел развитие и дальнейшее усовершенствование робототехники.
На расположенном знаменитом Фаросском маяке были размещены величественные женские фигуры. Они могли указывать направление ветра и движение небесных светил (Солнца и Луны), отсчитывать время и даже сигнализировать морякам об опасности во время шторма или тумана с помощью громкого трубного звука.
Ктесибия считают «отцом пневматики». Сконструировал водяные часы с передвигающимися фигурками
Античные изобретатели и ученые разработали многие виды передач и двигателей (в том числе паровой, гидравлический и пневматический), сформулировали основные законы классической механики, благодаря чему последующие поколения смогли воспроизвести и развить их опыт.
|
Эпоха средневековья
В 9 веке н.э.
В 11 веке н.э.
Приблизительно в 1596 г.
|
Альберт Великий (1193-1280)
Братья Бану Муса
Инженер Али ибн Халаф аль-Маради
Леонардо да Винчи
|
Андроид алхимика Альберта Великого (1193-1280) представлял собой куклу в рост человека, которая, когда стучали в дверь, открывала и закрывала ее, кланяясь при этом входящему. В 13 веке Альберт Великий создал автомат, ставший впоследствии известным как "говорящая голова", способный воспроизводить человеческий голос.
Изобрели искусственного флейтиста.
В своей «Книге тайн» описал около 30 сложных автоматонов.
Спроектировал механического рыцаря, являющегося первым антропоморфным роботом
|
Новое время: (18-19 век)
|
Мастер Жак де Вокансон
Швейцарец Пьер Жаке Дро (18 век)
И.П. Кулибин
Жозеф Мари Жаккард
Фридрих Кауфман
Майкл Фарадей
Чарльз Бэббидж
Куммер
Джонни Брейнерд
Пафнутий Львович Чебышев
Арчи Кемпион
Александр Степанович Попов
Никола Тесла
|
В 1727 году стал создавать механические игрушки. В 1737 году
сконструировал первое работающее человекоподобное устройство (андроид), которое играло на флейте. "Флейтист" был ростом с человека. Подвижными пальцами он мог исполнять 12 мелодий с помощью заложенной в него программы.
Вокансон также создал механическую утку, покрытую настоящими перьями, которая могла ходить, двигать крыльями, крякать, пить воду, клевать зерно и, перемалывая его маленькой внутренней мельницей, отправлять нужду на пол. Утка состояла из более чем 400 движущихся деталей и была однозначно признана венцом творения мастера.
Прославился не только своими хронометрами, но и множеством сложнейших устройств, среди которых особенно известно три его творения:
«Писарь» – автоматическая фигура мальчика, содержащая около 4 000 деталей, была способна написать любой текст из 40 знаков, самостоятельно макая перо в чернильницу;
«Художник» – похожий автомат, только вместо текста наносивший на бумагу различные рисунки, например портреты людей, изображения животных и т. д.;
«Девушка-музыкант» – автомат в виде органистки, который умел наигрывать на небольшом органе 5 различных мелодий, при этом двигая головой и телом, а в конце выступления изящно кланяясь.
Механик И.П. Кулибин (1790) построил в течение трех лет яичную фигуру - универсальные часы.
Часы давали театрализованное представление и играли музыку. В этих часах было три самостоятельных механизма и три завода: часовой, боевой и курантовый, а также автоматические приборы для приведения в действие механизмов, воспроизводящих сцены, музыку и бой. Как свидетельствует сохранившаяся опись частей, составленная Кулибиным, часы яичной фигуры состояли из 427 деталей. Все они были изготовлены исключительно точно и тонко.
Жозеф Мари Жаккард (1801) создает автоматический ткацкий станок, управляемый при посредстве перфокарт. Наличие или отсутствие отверстий в перфокарте заставляло нить подниматься или опускаться при ходе челнока, создавая тем самым запрограммированный рисунок. Станок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством, автоматически работающим по заданной программе.
Фридрих Кауфман (1810) конструирует механического трубача. В трубаче используется шаговый программный барабан.
Майкл Фарадей (1821) сообщает о своем открытии электромагнитного вращения и создает первые модели электродвигателей.
В 1833 г. Чарльз Бэббидж разрабатывает принципы "Аналитической машины" ("Analytical Engine") - механического прототипа появившихся спустя столетие ЭВМ.
Петербургским учителем музыки Куммером в 1846 предложено механическое устройство для автоматизации вычислений (счислитель Куммера), серийно выпускавшееся (с различными модификациями) вплоть до 70-х годов XX в.
Джонни Брейнерд (1865), одарённый конструктор, строит Парового Человека. Механизм Брейнерда был приблизительно трёхметрового роста, ни одна лошадь не могла сравниться с ним: гигант с лёгкостью тянул фургон с пятью пассажирами. Там, где обычные люди носят шляпу, у Парового Человека была труба дымохода, откуда валил густой чёрный дым. Паровой Человек мог двигаться со скоростью до 30 миль в час (около 50 км/час).
Является создателем свыше 40 различных механизмов, среди которых «стопоход» высокой проходимости, сконструированный в конце 19 века и получивший признание на всемирной Выставке в Париже. Механизм Чебышева явился первой попыткой создания транспортного средства шагающего типа и положил начало конструированию шагающих устройств на основе траекторного синтеза.
Профессором Арчи Кемпионом (1893) на Международной колумбийской выставке представлен опытный образец робота Boilerplate. Boilerplate был задуман как средство бескровного решения конфликтов -- иными словами, это был опытный образец механического солдата. Робот существовал в единственном экземпляре, но у него была возможность осуществить предложенную функцию -- Boilerplate неоднократно участвовал в боевых действиях.
7 мая 1895г. Александр Степанович Попов впервые в мире сделал научный доклад об изобретенном им методе использования излученных электромагнитных волн для беспроводной передачи электрических сигналов.
В 1898 г. Никола Тесла демонстрирует первый дистанционно управляемый механизм на выставке в Madison Square Garden в Нью-Йорке.
24 июня 1898 года механический солдат Boilerplate Арчи Кемпиона впервые участвует в бою, во время атаки обратив противника в бегство.
|
20 век
|
Джеймс Уэксли
Фриц Ланг
МВТУ им. Баумана
Джон Анатасоф и Клиффорд Берри
Конрад Цузе
Вадим Евгеньевич Лашкарев
Айзек Азимов
Джордж Девол
Грей Уолтер
Джордж Девол
Клод Шеннон
Н.П. Брусенцов
Виктор Михайлович Глушков
Джон Хопкинс
Байконур
Ральф Мозер
Джо Энгельбергер
Сеймур Паперт
Одо Студжер и Ричард Морли
Виктор Шейнман
Стэнфордский университет
Кеннет Колби и Сильвия Вебер
Академик Евгений Павлович Попов
Академик Николай Михайлович Амосов
Дуглас Ленат
В.С. Бурцев
Институт Кибернетики под руководством Н.М. Амосова
HERO 1 (1982)
МВТУ им. Баумана
Марк Тилден
Исследовательский центр Xerox
NEC
|
В 1927 году на всемирной выставке в Нью-Йорке продемонстрировал простейшего робота, умевшего выполнять команды человека.
Фриц Ланг (1927) снимает "Metropolis". Робот Мария - первый робот в кинематографе. Созданная безумным ученым Ротвангом (Rotwang), чтобы заменить его умершую жену, гладкая металлическая женщина становится международной иконой.
В 1938 г. в МВТУ им. Баумана создана кафедра М-9, в дальнейшем получившая название "Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы".
На всемирной выставке в Нью-Йорке (1939) Westinghouse Electric Corp., чтобы поразить посетителей, представляет механического гуманоидного робота Elektro и робота-собаку Sparko. Elektro весит 136 кг. и может ходить, разговаривать и курить.
Джон Анатасоф и Клиффорд Берри (1940) предпринимают попытку построить электронный компьютер. Он мог бы стать первым в истории человечества электронным компьютером, но он не программировался. Труд 10.000 человек составляет Британское компьютерное военное усилие. Созданный на электромеханических реле Робинзон становится первым в мире операционным компьютером. Его мощности достаточно, чтобы декодировать сообщения, зашифрованные немецкой машиной Энигма первого поколения.
Конрад Цузе (1941) в Германии завершает Z-3, первый в мире полностью программируемый компьютер. Цузе приглашает Арнольда Фаста, слепого математика, программировать Z-3.
Открытие транзисторного эффекта Вадимом Евгеньевичем Лашкаревым. Это явление получило название p-n перехода.
Айзек Азимов (1942) впервые использует в своем рассказе "Runaround" слово "робототехника" и предсказывает развитие мощной робототехнической промышленности. В рассказе "Runaround" также впервые появляются "Три Закона Робототехники" Азимова.
Впоследствии Азимов добавляет в этот список "Нулевой Закон": Робот не может причинить вред человечеству или своим бездействием допустить, чтобы человечеству был причинён вред.
Эти три закона Айзека Азимова до сегодняшнего дня остаются стандартами при проектировании и разработке роботов.
Джордж Девол (1946) патентует универсальный прибор, использующий магнитное записывающее устройство для управления машинами.
Грей Уолтер (1950), английский нейрофизиолог, ставит свои знаменитые кибернетические эксперименты с "черепашками". "Черепашки" представляют собой самодвижущиеся электромеханические тележки, способные ползти на свет или от него, обходить препятствия, заходить в "кормушку" для подзарядки разрядившихся аккумуляторов.
В 1951 г. в СССР выходит приказ о создании автоматических систем управления военной техникой. С этой целью в МВТУ им. Баумана создана кафедра СМ-7, впоследствии получившая название кафедры специальной робототехники и мехатроники.
Джордж Девол (1954) разрабатывает первого промышленного программируемого робота и вводит термин Universal Automation, который, по совету его жены Эвелин, впоследствии будет укорочен и даст название его будущей компании Unimation.
В 1956 г. Клод Шеннон в Массачусетском технологическом институте (MIT) выдвигает идею создания очувствленного робота. Аспирант института Генрих Эрнст (Heinrich Ernst) реализует эту идею и конструирует очувствленную руку-манипулятор, управляемую компьютером. Рука Эрнста собирала разбросанные по поверхности стола кубики и укладывала их в ящик.
В 1958 г. Под руководством Н.П. Брусенцова в вычислительном центре Московского университета была создана и запущена в производство первая и единственная в мире троичная ЭВМ "Сетунь" (серийно выпускалась 1962-1964).
В 1959 г. Виктор Михайлович Глушков обнародовал идею "мозгоподобных" структур ЭВМ, в которых будут объединяться миллиарды процессорных элементов и может произойти слияние памяти с обработкой данных, так что данные будут обрабатываться по всей памяти с максимальным распараллеливанием операций.
В Университете Джона Хопкинса (1960) создано кибернетическое устройство, получившее известность как "Животное Хопкинса".
С космодрома Байконур (1961) осуществлен пуск ракеты-носителя "Молния", которая вывела на траекторию полета к Венере советскую автоматическую межпланетную станцию "Венера-1". В ходе этого полета впервые в истории осуществлена двусторонняя связь с автоматической станцией, удаленной на 1,400,000 км.
Ральф Мозер (1961) в General Electric начинает разработку стопоходящего грузовика. Машина будет иметь четыре ноги, весить 1300 кг. и иметь скорость до 4 миль в час.
Джо Энгельбергер (1962) внедряет первые разработанные Unimation промышленные роботы-манипуляторы на заводах автоконцерна General Motors в Нью Джерси. Простейшие контроллеры роботов считывают команды с магнитного барабана. Механические руки, получившие название Unimate, используются для выполнения наиболее неприятных операций при сборке автомобилей и позволяют перемещать 40-килограммовые детали в трёх плоскостях.
Сеймур Паперт (1967) и его команда начинают работать над языком ЛОГО (LOGO). Основой ЛОГО является своеобразный робот "черепашка", которому можно отдавать простые, интуитивно понятные команды. Базирующийся на LISP, ЛОГО станет одним из популярнейших средств обучения программированию.
Осьминогоподобный манипулятор разработан Марвином Мински в 1968. Двенадцать сочленений управлялись ЭВМ PDP-6. Манипулятор был способен поднять взрослого человека.
В 1969 г. Одо Студжер и Ричард Морли независимо разрабатывают Программируемый Логический Контроллер. Это изобретение производит поистине драматические изменения в робототехнике.
Виктор Шейнман (1969) в Стэнфордской лаборатории искусственного интеллекта создает манипулятор, получивший имя Стэнфордская рука. Кинематическая конфигурация этого манипулятора становится стандартом, известным как Стандартная Рука.
Стэнфордский интегральный робот Шейки (Shakey) представлен как первый мобильный робот, управляемый искусственным интеллектом.
В этом же году, в СССР созданы первые интегральные исследовательские роботы ЛПИ-1, а чуть позднее - ЛПИ-2.
10 ноября 1970, ракета-носитель "Протон-К" вывела на траекторию полета к Луне автоматическую межпланетную станцию "Луна-17" с самоходным аппаратом "Луноход-1" на борту.
17.11.70 "Луна-17" совершила мягкую посадку в районе Моря Дождей.
Через два с половиной часа "Луноход-1" по трапу сошел с посадочной платформы, приступив к выполнению исследовательской программы. "Луноход-1" был создан за несколько лет до запуска конструктором Григорием Николаевичем Бабакиным.
В Стэнфордском университете (1970) создан мобильный робот, ставший известным как Стэнфордская тележка. Робот разработан для задачи следования по линии, но может также управляться компьютером по радиоканалу.
Кеннет Колби и Сильвия Вебер представляют отчет о программном моделировании параноидального человека в статье, озаглавленной "Artificial Paranoia". Программа PARRY так убеждает, что клинические психиатры не могут отличить ее поведение от реального параноика.
Робототехника в 1971 официально признана в СССР как новое научное направление. Академик Евгений Павлович Попов в МВТУ возглавляет кафедру специальной робототехники и мехатроники. Под его началом создается научная школа, ставшая оплотом робототехники в стране. Одними из первых работ становятся разработки системы обслуживания термоядерного реактора и систем управления манипуляторами в экстремальных условиях.
В Институте Кибернетики под руководством академика Николая Михайловича Амосова создан автономный транспортный робот "ТАИР"(1972).
1973. Группа Робототехники в Эдинбургском университете строит Фредди - известного шотландского робота, использующего систему технического зрения, чтобы собирать предметы автоматически из кучи частей.
В Советском Союзе выходит первая в мире "Энциклопедия кибернетики". В подготовке энциклопедии приняли участие более 100 ведущих ученых СССР (1974).
Дуглас Ленат (1976) демонстрирует систему искусственного интеллекта Автоматизированный Математик, как часть своей докторской диссертации в Стэнфорде. Интеллект AM позволяет производить свободно-управляемый поиск интересных предположений и делать "открытия" в теории чисел и абстрактной математике.
Под руководством В.С. Бурцева в 1977 создан первый симметричный многопроцессорный вычислительный комплекс (МВК) "Эльбрус-1" на ИС средней интеграции со средствами аппаратной поддержки развитой структуризации программ и данных. СССР начинает уверенно лидировать в строительстве суперкомпьютеров.
В СССР создан интегральный робот "Кентавр" (1977) для межпланетных исследований.
1979. В СССР в Институте Кибернетики под руководством Н.М. Амосова создан робот МАЛЫШ, управляемый обучающейся нейронной сетью. Робот объезжает препятствия в естественной среде.
Начаты продажи персонального робота HERO 1 (1982). На управляющей плате HERO микропроцессор 6808, 8K ROM, 4K RAM. Робот снабжен 7-сегментным дисплеем. Дополнительно поставляются расширительные платы памяти и интерфейса RS-232.
В 1983г. по заказу КГБ в МВТУ им. Баумана (кафедра СМ-7) создан мобильный робот, работающий со взрывоопасными предметами в составе подразделений по борьбе с терроризмом.
В США, в 1985 появляется в продаже домашний робот RB5X.
10 ноября 1989 в Лаборатории университета Waterloo Марк Тилден создает робота Solarover 1.0. Заимствуя эволюционные идеи у природы, Тилден решил создавать простых роботов, которые были бы похожи на живых существ и управлялись преимущественно нейронными цепями. Новый подход был назван BEAM.
Совместно Академией бронетанковых войск МО, МВТУ им. Баумана, Государственным институтом физико-технических проблем и другими организациями разработан, изготовлен и испытан в 1991 автономный интеллектуальный робототехнический комплекс на базе танка.
На основе исследований в 1995, создана первая робототехническая хирургическая система Intuitive Surgical.
Первый футбольный турнир среди роботов RoboCup (1997) проводится в Нагойя (Япония). В турнире участвуют 40 команд в трех классах.
В Исследовательском центре Xerox в Пало-Альто создан модульный самореконфигурируемый робот PolyBot G1.
1998. NEC представляет яйцевидный трехколесный домашний робот R100, повинующийся голосовым командам. R100 записывает и отправляет видеопочту по Интернет, а также может включать кондиционеры, телевизоры и видеомагнитофоны посредством инфракрасного пульта дистанционного управления. Видеосистема способна распознавать до десятка разных людей. Рост робота - 44 см, вес - 7 кг, словарный запас - около 300 фраз. В новой модификации, которая появится в 2004 г. и получит имя PaPeRo (Partner-type Personal Robot), робот будет способен на слух и практически синхронно переводить с японского языка на английский и наоборот.
|
21 век
|
Кевин Уорвик
Синтия Брезел
Мюнхенский Институт биохимии имени Макса Планка, Питер Фромгерц и Гюнтер Зек
Энди Рассел
Университет Карнеги-Меллона
Юничи Такено
|
Кевин Уорвик (2000) в Орегонском университете создает первого киборга (кибернетический организм). В небольшой стандартный робот Khepera включены элементы мозга морской змеи. Соединенный с сенсорами мозг реагирует на световые сигналы, перемещаясь в тень при освещении сенсоров.
Синтия Брезел (2001), работающая над проектом социально организованных роботов, ставит цель - научить робот KISMET не только думать, но и понимать, что всякие действия имеют последствия.
2001. В мюнхенском Институте биохимии имени Макса Планка создан первый в мире нейрочип. Микросхема, изготовленная Питером Фромгерцом и Гюнтером Зеком, сочетает в себе электронные элементы и нервные клетки.
Профессор австралийского университета Monash Энди Рассел (2003) создает робота RAT, распознающего запахи. Робот диаметром 10 см оснащён четырьмя типами датчиков -- химическим, ультразвуковым, воздушным и тактильным. Он способен следовать за запахом через построенный в лаборатории лабиринт.
В России, в 2004 г. создан робот нового поколения, способный обнаруживать и обезвреживать взрывные устройства. Робот, разработанный учеными РАН из лаборатории "Сенсорика", способен проникать и доставлять в труднодоступные зоны средства наблюдения и разведки, а также осматривать подозрительные объекты и в случае необходимости осуществлять их транспортировку или разминирование. Робот может работать индивидуально или в группе аналогичных машин, а также совместно с создаваемыми в лаборатории средствами воздушной разведки и связи - малогабаритными дистанционно пилотируемыми летательными аппаратами.
В 2005 году, в университете Карнеги-Меллона разработан военный робот Gladiator. Робот может дистанционно управляться джойстиком. На специальном шлеме оборудован окуляр, с помощью которого солдат может видеть то же, что и робот, находящийся в нескольких километрах от пункта управления.
Робот, созданный Юничи Такено (2005) и командой разработчиков из университета Мейдзи в Японии, способен увидеть разницу между зеркальным отражением себя самого и другого робота, который выглядит точно так же. Робот основывается на анализе движений увиденного образа и своих собственных. В результате он способен отличить своё зеркальное отражение от находящегося рядом идентичного робота, копирующего его движения. Примерно в 70% случаев робот понимает, что зеркальное отражение - это он сам.
Международный институт передовых телекоммуникационных исследований (2006) совместно с компанией Honda разработал новый тип связи между человеком и машиной. Робот-манипулятор подчинялся мыслям испытуемого без всякой видимой связи с ним. Новый интерфейс мозг-машина (Brain Machine Interface) основан на ежесекундном анализе картины активности участков мозга.
Миниатюрные роботы-коллективисты способны взаимодействовать друг с другом и обмениваться информацией. У каждого бота имеется произвольный набор параметров - "генов", определяющих поведение. В процессе исследований отбирали ботов, наиболее эффективно отыскивающих пищу. Их "геномы" затем смешивались, что приводило к постепенной эволюции.
| |
|
|
Скачать 54.32 Kb.