Будніков Костянтин Андрійович

Цільроботи – оцінити внесок створення роботів, вивчити пристрій простого роботата умови, за яких він працює.

Завданнядослідження:

Вивчити літературу на тему «Роботи»;

Дізнатись про історію винаходу роботів;

Провести досліди щодо вивчення роботи роботів.

Методи:

- теоретичний аналіз різноманітних джерел інформації;

Постановка дослідів;

Обробка матеріалів експерименту;

Спостереження;

Провівши дослідження, я зробив висновки, що роботи не здатні замінити людину. Але вони можуть позбавити людей важкої та нудної роботи.

Завантажити:

Попередній перегляд:

МУНІЦИПАЛЬНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА

ДЛЯ ДІТЕЙ ДОШКІЛЬНОГО Й МОЛОДШОГО ШКІЛЬНОГО ВІКУ

ПОЧАЛЬНА ШКОЛА – ДИТЯЧИЙ САД №43

Міське змагання юних дослідників «Крок у майбутнє – Юніор»

Роботи. Як вони влаштовані

Навчально-дослідницька робота

Виконавець: Будніков Костянтин Андрійович, учень 4 – До класу МОУ НШ-ДС №43

Керівник: Басманова

Олена Геннадіївна,

Вчитель початкових класів МОУ НШ-ДС №43

Сургут, 2011

Введение…………………………………………………………………….3

1.1. Історія створення перших роботів………………………………....4

1.2. Переваги та недоліки винаходу роботів…….……...5

1. Види роботів………………………………………………..………..6

1. Пристрій роботів……………………………………………….7

Глава 2. Досвідчено – експериментальне дослідження ……….……..10

Заключение……………………………………………………………......11

Список джерел……………………………………………… …….12

Вступ

Процес наукових відкриттів

Це, по суті,

безперервна втеча від чудес.

Ціль роботи - оцінити внесок створення роботів, вивчити пристрій простого робота та умови, за яких він працює.

Завдання дослідження:

Вивчити літературу на тему «Роботи»;

Дізнатись про історію винаходу роботів;

Провести досліди щодо вивчення роботи роботів.

Методи:

- теоретичний аналіз різноманітних джерел інформації;

Постановка дослідів;

Обробка матеріалів експерименту;

Спостереження;

Аналіз.

Для проведення досліджень ми використалиодну мікросхему драйвера моторів та два фотоелементи.

Розділ 1. Роботи: історія створення, використання людиною

1.1. Історія створення роботів

Робот - апарат, здатний самостійно взаємодіяти із зовнішнім світом і володієштучним інтелектомабо його зачатками. Зазвичай представляється як механічної людини, рідше передбачається колісний робот чи неантропоморфний. Часто роботами в рекламних цілях або через незнання називають автомати і віддалено керовані людьми пристрої. Людиноподібний робот зветься андроїдом.

Слово «робот» було вигаданочеськимписьменником Карелом Чапекомта його братом Йозефомі вперше використано у п'єсі Чапека «Р. У. Р.»(«Россумські універсальні роботи»,). До появи промислових роботіввважалося, що роботи мають виглядати подібно до людей.

Ідея штучних створінь вперше згадується вдавньогрецькійміфі про Кадма, який, вбивши дракона, розкидав його зуби по землі і заорав їх, із зубів виросли солдати, і в іншому давньогрецькому міфі проПігмаліоні, який вдихнув життя у створену ним статую – Галатею.

Найдавніша в історії механічна людина була зроблена в 1540 році італійцем Джанелло Делла Торре. Для розваги імператора Карла V він змайстрував лютністку, яка вміла ходити та витягувала зі свого інструменту звуки. Через два століття швейцарський годинникар П'єр Жакке-Дроз продовжив роботу розпочату Делла Торре. Він конструював найгарніші автомати, які функціонували за рахунок пружинного механізму, схожого на вартовий.

Активне виробництво роботів почалося 1970-ті роки. Насамперед, вони почали використовувати у виробництві, до виконання одноманітних (і найчастіше небезпечних) операцій. Найбільше промислових роботів використовується в автомобільній промисловості, де вони працюють на штампувальних та зварювальних ділянках, у камерах для фарбування, на складанні. Зрозуміло, роботи не могли відразу замінити людей у ​​промисловості, але частка людської праці у виробництві з тих пір неухильно скорочується. Повністю автоматизовані фабрики, такі як фабрика IBM для збирання клавіатур у Техасі, називаються "фабрики без освітлення". Люди там уже не потрібні: абсолютно все виробництво, від моменту вивантаження матеріалів і до отримання готової продукції біля воріт, повністю роботизоване і може працювати цілодобово і без вихідних.

1.2 Переваги та недоліки винаходу роботів

Роботи мають такі потенційні переваги перед людьми:

1. теоретична безсмертність – якщо якась деталь робота зношується, її легко замінити на нову;
2. потенційна пристосованість до будь-яких умов проживання, де матеріали, з яких зроблено робот, будуть перебувати у стабільному стані;
3. легкість отримання нових особин – можна збирати промисловим способом;
4. легкість навчання - достатньо скопіювати програму іншого робота на нового робота;
5. робота можна відключити, якщо він не потрібен, і зберігати у такому вигляді.

Однак поки що у роботів у порівнянні з людьми більш виявляються недоліки:

1. виготовлення більш-менш універсального та надійного робота обходиться надто дорого;
2. справжній штучний інтелектне створено.

Очевидно, внаслідок технічного прогресу ціна робота, що виконує той самий набір функцій, повинна знижуватися. Тому слід очікувати зникнення першого зазначеного недолікуз часом. Другий недолік - відсутність штучного інтелекту - цілком може виявитися непереборним хоча б тому, що ми не знаємо, як працює інтелект природний, і не факт, що коли-небудь дізнаємося.

1.3. Види роботів

Промислові роботи

Поява верстатів з числовим програмним управлінням (ЧПУ) призвело до створення програмованих маніпуляторів для різноманітних операцій із завантаження та розвантаження верстатів. Поява в 70-х роках. мікропроцесорних систем управління та заміна спеціалізованих пристроївуправління на програмовані контролери дозволили знизити вартість роботів втричі, зробивши рентабельним їхнє масове впровадження в промисловості. Цьому сприяли об'єктивні передумови розвитку промислового виробництва.

Побутові роботи

Одним із перших прикладів вдалої масової промислової реалізації побутових роботів став механічний песикAIBOкорпорації Sony. У вересні у вільний продаж вперше надійшли перші людиноподібні роботи «Вакамару» виробництва фірмиMitsubishi. Робот вартістю $15 тис. здатний впізнавати особи, розуміти деякі фрази, надавати довідки, виконувати деякі секретарські функції, стежити за приміщенням. Все більшу популярність набирають роботи-прибиральники, за своєю суттю - автоматичні пилососи, здатні самостійно прибратися в квартирі і повернутися на місце для заряджання без участі людини.

Очевидно, зброя, що використовується сьогодні, потроху втрачає ефективність і актуальність у боротьбі з ворогом. Або ж воно не настільки універсальне і функціональне, якщо вчені не перестають шукати зброю, що вражає уяву тонкістю, мініатюрними розмірами та смертельною небезпекою. Ізраїльські вчені взялися за розробку проекту, який передбачає за допомогою нанотехнологій створити роботів за розмірами менше звичайної оси, які будуть здатні вистежити, сфотографувати та вбити жертву. Також застосування нанотехнологій дозволить зробити процес стеження та атаки ворожих об'єктів більш скритним і небезпечним.

Роботи-вчені

Перші роботи-вчені Адам та Єва були створені в рамках проектуRobot Scientistуніверситету Аберістуїта та в2009 рокуодним із них було здійснено перше наукове відкриття.

Роботи 1-го покоління були величезними механічними «робітниками», призначеними для важкої індустрії. Але потім, завдяки розвитку та вдосконаленню технології, народилася нова серія роботів, більш умілих і водночас більш схожих на тих, яких вигадали за довго до цього літератора та кінематографісти. Це так звані «антропоморфні», тобто схожі на людину, роботи, які роблять те, на що не здатні промислові механізми. Можна навести кілька прикладів: вони ходять, телефонують і навіть грають у настільний теніс.

Роботи іграшки

Багато великих фірм, що спеціалізуються з виробництва іграшок, працюють з них і вже представили громадськості ці розробки. Серед роботів «зроби сам» – керований дистанційно футболіст, робот-павук, який помічає перешкоди, та інший, що рухається під впливом зміни освітлення. Найбільший називається 65230, складається з 400 деталей і забезпечений 5 електродвигунами.

1.4. Влаштування роботів

То як же влаштований робот? Що допомагає йому рухатися? Яких деталей він складається?

Роботам потрібні портативні акумуляторинадзвичайно високої ємності, характеристики яких перевищують існуючі над ринком зразки. Проблеми адекватного енергозабезпечення роботів не вирішені й досі. Рішенням можуть стати атомні установки та, які використовуються на космічних зондах для далеких перельотів, з таким акумулятором робот зможе працювати 50-100 років без зарядки

Також потрібні роботу двигуни. В наш час як двигуни часто використовуютьсякрокові електродвигуниі сервоприводи.

Існують розробки двигунів, що не використовують у своїй конструкції моторів: наприклад, технологія скорочення матеріалу під дією електричного струму (або поля) яка дозволяє досягти більш точної відповідності руху робота натуральним плавним рухам живих істот.

Зовнішній вигляд

У Японії не припиняються розробки роботів, що мають зовнішній вигляд, на перший погляд невідмінний від людського. Розвивається техніка імітації емоцій та міміки «обличчя» роботів.

У червні 2009 року вчені Токійського університету представили людиноподібного робота «KOBIAN», здатного висловлювати свої емоції – щастя, страх, здивування, смуток, гнів, огиду – за допомогою жестів та міміки. Робот здатний відкривати і заплющувати очі, рухати губами та бровами, використовувати руки та ноги.

Система пересування

Радянський Місяць-1

Для пересування відкритою місцевістю найчастіше використовують колісну або гусеничну, рідше - крокуючу систему пересування роботів. Це найуніверсальніші види систем переміщення.

Робот на гусеничному ходу

Для нерівних поверхонь створюються гібридні конструкції, що поєднують колісний або гусеничний хід зі складною кінематикою руху коліс. Така конструкція була застосована вмісяцеході.

Усередині приміщень, на промислових об'єктах використовуються пересування вздовжмонорейок, по підлоговій колії і т. д. Для переміщення по похилим, вертикальним площинам використовуються системи, аналогічні крокуючим конструкціям, але з вакуумними присосками.

Робот « BigDog» (зовні схожий на кентавра і розроблений для допомоги у перенесенні вантажів), демонструє досить ефективну ходу на чотирьох ногах, включаючи утримання рівноваги після несподіваного бічного впливу (стусанка).

Відомий робот Asimoходить на двох кінцівках, подібно до людини. Так само відомі роботи, що наслідують рух живих організмів.

Технологія підзарядки

Розроблено технології, що дозволяють роботам самостійно здійснювати підзарядку, знаходячи та приєднуючись до стаціонарної. зарядної станції.

Математична база

Крім вже широко застосовуваних нейромережевих технологій, існують алгоритми самонавчання взаємодії робота з навколишніми предметами в реальному тривимірному світі: робот-собакаAibo(використаний як механічний пристрій) під управлінням таких алгоритмів пройшов ті ж стадії навчання, що і новонароджене немовля - самостійно навчившись координувати рух своїх кінцівок і взаємодіяти з навколишніми предметами. Це дає ще один приклад математичного розуміння алгоритмів роботи найвищої нервової діяльності людини.

Розділ 2. Дослідно – експериментальне дослідження створення робота

Я спробував зробити робота. Використовував одну мікросхему драйвера моторів та два фотоелементи. Залежно від способу з'єднання моторів, мікросхеми та фотоелементів мій робот рухатиметься на світ або, навпаки, ховатиметься в темряву, бігти вперед у пошуках світла або задкувати, як кріт, назад.

Принцип поведінки робота ґрунтується на "фоторецепції". У живій природі, якою наслідуватиме наш робот, фоторецепція - одне з основних фотобіологічних явищ, в якому світло постає як джерело інформації.
Пристрій робота, що рухається вперед, коли на нього падає промінь світла, і зупиняється, коли світло перестає його висвітлювати - називається фотокінезисом - ненаправленим збільшенням або зменшенням рухливості у відповідь зміни рівня освітленості.
У пристрої робота, крім мікросхеми драйвера моторівL293D, використовуватиметься лише один фотоелемент та один електромотор. Як фотоелемент можна застосувати не тільки фототранзистор.

Висновок

В якості наукового відкриттями, можливо, повинні вважати робот як продукт багатовікової еволюції людської думки всього людства. Важко недооцінити сенс створеного робота для техніки. Адже винахід робота сильно змінив усю галузь. Це значуща подія в історії техніки. Історія створення робота покрита таємницями. І навіть те, що в наявності велика кількістьсвідчень, важко достовірно дізнатися про достовірний час появи першого робота. Аналізуючи винахід робота, ми можемо вважати, що наукова база, основа винаходу робота, на той час вже була створена. Робот не так легко був винайдений, таким, як ми звикли до нього. Безліч людей билося над винаходом робота. Протягом тривалого часу люди запозичили один в одного ті чи інші риси робота.

Провівши дослідження, я зробив висновки, що роботи не здатні замінити людину. Але вони можуть позбавити людей важкої та нудної роботи.

Список джерел

1. Космонавтика. Мала енциклопедія. Гол. редактор В. П. Глушко. М.: Радянська енциклопедія, 1970. 527c.

2. Енциклопедія Космонавтика. Гол. ред. В. П. Глушко. М: Радянська енциклопедія, 1985. 526c.

3. Дітріх А.К. Чомучка. - М.: АСТ, 2004, 335с.

4. Що? Навіщо? Чому? Велика книга питань та відповідей. - М.: Ексмо, 2002, 512с.

5. Я пізнаю світ: Дитяча енциклопедія.: Винаходи. М.: АСТ, 1999, 512с.

6. Я пізнаю світ: Дитяча енциклопедія: Історія речей. - М.: АСТ, 1998, 512с.Слайд 2

Завдання дослідження: - Вивчити літературу на тему «Роботи»; - дізнатися про історію винаходу роботів; - Провести досліди з вивчення роботи роботів. Методи: - Теоретичний аналіз різних джерел інформації; - Постановка дослідів; - Опрацювання матеріалів експерименту; - Спостереження; - Аналіз.

Робот - апарат, здатний самостійно взаємодіяти із зовнішнім світом і має штучний інтелект або його зачатки.

Хто перший створив механічну людину? 1540 - італієць Джанелло Делла Торре

Промислові роботи

Побутові роботи

Військові роботи

Для пересування використовують колісну чи гусеничну, рідше - крокуючу систему пересування роботів.

ТЕХНОЛОГІЯ ПІДЗАРЯДКИ

ВИСНОВОК: Провівши дослідження, я зробив висновки, що роботи не здатні замінити людину. Але вони можуть позбавити людей важкої та нудної роботи.

Список джерел 1. Космонавтика. Мала енциклопедія. Гол. редактор В. П. Глушко. М: Радянська енциклопедія, 1970. 527c. 2. Енциклопедія Космонавтика. Гол. ред. В. П. Глушко. М: Радянська енциклопедія, 1985. 526c. 3. Дітріх А.К. Чомучка. - М.: АСТ, 2004, 335с. 4. Що? Навіщо? Чому? Велика книга питань та відповідей. - М.: Ексмо, 2002, 512с. 5. Я пізнаю світ: Дитяча енциклопедія.: Винаходи. М.: АСТ, 1999, 512с. 6. Я пізнаю світ: Дитяча енциклопедія: Історія речей. - М.: АСТ, 1998, 512с. 7. Я пізнаю світ: Дитяча енциклопедія: Фізика / Упоряд. А.А. Леонович. - М.: АСТ, 1996, 480 с. 8. http://www.e-blog.com.ua/8854/

ДЯКУЄМО ЗА УВАГУ

Під поняттям інтернет і школа я розумію не тільки інтернет, а й розвиваються інноваційні технології. Так, скажімо, технології майбутньої та справжньої школи. Насамперед це, звичайно ж, роботи. Люди дуже захоплені ідеєю вдихання життя в іншу істоту. Можливо, все тому, що роботи – дивовижні створіння. На цю ідею мене надихнув мультфільм «Місто героїв», в якому розповідається про Юного Хіро Хамада — природженого винахідника та генія конструювання роботів. Разом зі старшим братом Тадаші вони втілюють у життя передові ідеї в Технічному університеті міста майбутнього Сан-Франсокіо. Після серії загадкових подій друзі опиняються у центрі підступної змови. Зневірившись, Хіро вирішує використовувати веселого і добродушного експериментального робота Беймакса, перепрограмувавши його в невразливу бойову машину. І справді, Беймакса - дивовижний робот, Беймакс був створений, щоб піклуватися про людей. Цей надувний робот-медбрат за допомогою вбудованого сканера може виміряти температуру тіла або тиск, оцінити рівень болю та вилікувати практично будь-яку недугу. Сконструйований Тадаші, Беймакс став справжнім проривом у галузі прикладної медицини, а для Хіро – найкращим другом.

Я вирішила дізнатися якнайбільше про роботи. І ось що в мене вийшло.

Робот - Автоматичний пристрій, створений за принципом живого організму. Діючи по заздалегідь закладеної програмі і отримуючи інформацію про світ від датчиків (аналогів органів чуття живих організмів), робот самостійно здійснює виробничі та інші операції, зазвичай виконувані людиною (чи тваринами). У цьому робот може і мати зв'язок з оператором (одержувати від нього команди), і діяти автономно. У роботів існує 3 закони:

1 - робот не може дією або бездіяльністю завдати шкоди людині.

2 - робот повинен виконувати всі команди людини, крім тих, що суперечать 1 закону.

3 - робот повинен охороняти себе тією мірою, як і це суперечить 1 і 2 законам.

Раніше я ніколи не розуміла, чому люди так захоплюються? Звичайна залізяка робить різні функції. Але, розібравшись з внутрішньою будовоюроботів та функціями, які вони можуть виконувати, я більше так не думаю.

Існує 3 основних типи роботів: механічні, біороботи та нанороботи. Я знайшла 20 видів роботів (які походять від основних): аптечний робот, андроїд (людиноподібний робот), промисловий робот, транспортний робот, підводний робот, побутовий робот, бойовий робот, зооробот, літаючий робот, медичний робот, мікроробот, мікроробот -артист, робот-художник, робот-іграшка, робот-офіціант, робот-хірург, робот-екскурсовод, соціальний робот, шаробот.

Усіх їх поєднує те, що всі вони людиноподібні. Одним словом, чим більше робот схожий на живу істоту, тим він кращий. Багато вчених намагаються створити з купи дротів, заліза, пластику та комп'ютера – живу істоту. З кожним роком людство дедалі ближче підходить до завершення цієї мети. Найбільш людиноподібним роботом є андроїд (наприклад, Asim).

Щоб розібратися, як улаштовані роботи, я пропоную порівняти його з людською будовою.

І так людина складається з:

• структури тіла;
• Системи м'язів (які наводять тіло в рух);
• Системи органів чуття (яка отримує інформацію про тіло та навколишньому середовищі);
• Джерела енергії (який живить м'язи та органи почуттів);
• Мозкової системи (яка обробляє інформацію від органів чуття і дає вказівки м'язам);

Робот складається з:

• Рухливої ​​фізичної структури;
• Двигуна;
• Системою сенсорів (органів чуття);
• Блок живлення;
• Комп'ютерного «мозку» (який контролює всі ці елементи);

Рухливою фізичною структурою у роботів є система пересування .

Для пересування відкритою місцевістю найчастіше використовують колісний або гусеничний рушій(Прикладами подібних роботів можуть бути Warrior і PackBot). Рідше використовуються крокуючісистеми (прикладами подібних роботів можуть бути BigDog і Asimo). Для нерівних поверхонь створюються гібридні конструкції, що поєднують колісний або гусеничний хід зі складною кінематикою руху коліс. Така конструкція була застосована у місяцеході.

Усередині приміщень, на промислових об'єктах роботи пересуваються вздовж монорейок , за на підлогу і т. д. Для переміщення по похилих або вертикальних площинах, по трубах використовуються системи, аналогічні «крока» конструкцій, але з вакуумними присосками . Також відомі роботи, які використовують принципи руху живих організмів - змій, хробаків, риб, птахів, комах та інших; відповідно, говорять про повзаючих, інсектоморфних(Від лат. Insecta'комаха') та інших типах роботів біонічного походження.

Так само в рухливу фізичну структуру робота входять виконавчі органи - це маніпулятори, за допомогою яких робот може впливати на навколишні предмети. Причому за своєю структурою це складні технічні пристрої, за аналогією з живими організмами – це руки та ноги робота.

Двигуни

В даний час зазвичай використовуються двигуни постійного струму , двигун внутрішнього згорання , крокові електродвигуни і сервоприводи .

Існують розробки двигунів, які не використовують у своїй конструкції моторів: наприклад, технологія скорочення матеріалу під дією електричного струму (або поля), яка дозволяє досягти більш точної відповідності руху робота натуральним плавним рухам живих істот.

Система сенсорів (органів почуттів)

Системи розпізнаваннявже здатні визначати прості тривимірні предмети, їх орієнтацію і композицію в просторі, а також можуть добудовувати частини, що бракують, користуючись інформацією зі своєї бази даних (наприклад, збирати конструктор Lego).

Математична база

Крім вже широко застосовуваних нейромережевих технологій, існують алгоритми самонавчання взаємодії робота з навколишніми предметами в реальному тривимірному світі: робот-собака Aibo під управлінням таких алгоритмів пройшов ті ж стадії навчання, що і новонароджене немовля, самостійно навчившись координувати рух своїх кінцівок і взаємодіяти з навколишніми предметами (брязкальцями у дитячому манежі). Це дає ще один приклад математичного розуміння алгоритмів роботи найвищої нервової діяльності людини.

Навігація

Системи побудови моделі навколишнього простору ультразвуком або скануванням лазерним променемшироко використовуються в гонках роботизованих автомобілів (які вже успішно і самостійно проходять реальні міські траси та дороги на пересіченій місцевості з урахуванням несподіваних перешкод).

Зовнішній вигляд

У Японії не припиняються розробки роботів, що мають зовнішній вигляд, на перший погляд невідмінний від людського. Розвивається техніка імітації емоцій та міміки «обличчя» роботів.

У червні 2009 року вчені Токійського університету представили людиноподібного робота «KOBIAN», здатного висловлювати свої емоції — щастя, страх, подив, смуток, гнів, огиду за допомогою жестів та міміки. Робот здатний відкривати і заплющувати очі, рухати губами та бровами, використовувати руки та ноги.

Датчики

Датчики – це системи технічного зору, слуху, дотику, датчики відстаней, локатори. Пристрої, що дозволяють отримати інформацію з навколишнього світу.

Блок живленняРоботів - джерело електроживлення, призначене для постачання вузлів робота електричною енергією постійного струму, шляхом перетворення напруги до необхідних значень.

Технологія підзарядки

Розроблено технології, що дозволяють роботам самостійно здійснювати підзарядку, знаходячи та приєднуючись до стаціонарної зарядної станції. У теперішній моменту різних лабораторіях проходять випробування різних систем, що забезпечують безконтактну підзарядку акумуляторів у приміщеннях (наприклад, спрямованим потужним інфрачервоним лазером або принципом індукції).

Комп'ютерний мозок

Система управління (комп'ютерний мозок)- це мозок робота, який повинен приймати інформацію від датчиків та керувати виконавчими органами.

Інтелектуальність робота - це здатність системи вирішувати завдання, сформульовані в загальному вигляді . Робот сам справляється із завданням, без допомоги оператора.

Але не всі комп'ютери мають таку систему. Багатьма роботами управляє оператор (людина). Як радіокерована машинка - за допомогою спеціального пульта для управління. Також, робот може бути керований за допомогою комп'ютера. Оператор сідає за комп'ютер, відправляє команди через комп'ютер до роботи, а робот виконує її.

Національний фонд освітньої робототехніки 2015 року опитав керівників вищої ланки: 81% опитаних відзначили роботизацію головною причиноюзростання зайнятості. У всьому світі зростає попит на "інтелектуальні" фабрики і виникає потреба в роботах.

За даними інтернет-видання Nearshore Americas, у 2017 році "розумне" виробництво привнесе в світову економікублизько 500 мільярдів доларів. В опитуванні, проведеному технологічною консалтинговою фірмою Capgemini, більше половини респондентів заявили, що інвестували 100 мільйонів доларів або більше в ініціативи, пов'язані з розумними заводами протягом останніх п'яти років. У дослідженні робиться висновок про те, що до 2022 року щонайменше 21% виробничих підприємствстануть інтелектуальними.

Бюро статистики США (BLS) повідомляє, що за останні 7 років компанії запровадили 136748 роботів на виробничі лінії. BLS також визначило, що внаслідок автоматизації було створено 894 000 нових робочих місць. Автори книги "Що робити, коли машини роблять все" Малкольм Френк, Пол Реріг і Бен Прінг припускають схожу тенденцію: протягом наступних 10-15 років 19 мільйонів робочих місць будуть втрачені через автоматизацію, але 19 мільйонів нових робочих місць будуть створені також завдяки автоматизації.

Коротше кажучи, для інженерів-робототехніків прямо зараз відкриваються нові можливості, а разом з ними й нові обрії в освіті та самоосвіті.

Потенціал професій, пов'язаних із робототехнікою

У квітні цього року Асоціація з розвитку автоматизації (A3) , в якій йдеться про те, що 80% виробників повідомляють про брак кваліфікованих кадрів, що спричинить втрату 11% річного доходу. Однак нові технології автоматизації підвищують продуктивність та допомагають створювати якісніші продукти. А це, у свою чергу, дозволяє підприємцям розвивати свій бізнес і збільшувати робочі місця.

У доповіді A3 було зазначено, що роботи збільшують продуктивність праці з такою самою швидкістю, як і паровий двигун: 0,35% на рік. Amazon - чудовий прикладяк роботи збільшують робочі місця. У 2014 році на компанію Amazon Robotics працювало 45 тисяч штатних співробітників. А через три роки це число подвоїлося до 90 000.

Виробництва оснащують робототехнікою, проте робот може автоматизувати завдання, але не повний процес— керувати роботами у будь-якому разі повинні люди. Якщо кількість машин на заводах збільшується, то кількість кваліфікованих фахівців, необхідних для програмування, експлуатації та обслуговування цих роботів, також буде зростати.

Для студентів

Для молодого інженера, який хоче увійти до робототехніки, є ключові галузі досліджень, на яких слід зосередитися. Робототехніка — це міждисциплінарний напрямок, який об'єднує кілька областей техніки, включаючи машинобудування, комп'ютерне програмування та електротехніку.

У середній школімайбутньому інженеру-робототехніку необхідно глибоко вивчити математику та фізику. Ці базові предмети становлять основу багатьох роботизованих курсів. Також вже в середній школі слід пройти курси з програмування, дизайну та познайомитись з виробничими верстатами.

На університетському рівні багато навчальних закладів пропонують робототехніку як самостійну галузь навчання. Виділяють три ключові напрями:

1. Тіло (машинобудування). Інженер-механік відповідає за фізичну систему: частини роботів (наприклад, двигуни та приводи). Заходи безпеки та операційні протоколитакож належать до цієї галузі техніки.
2. Нервова система (електротехніка). Це електронна основаробота включає вбудовані системи, низькорівневе програмування схем, електричний опірта теорію управління.
3. Мозок (комп'ютерна інженерія). У цій групі основна увага приділяється програмною мовою, а не апаратним засобам, що охоплюють такі теми, як штучний інтелект (ІІ) та машинне навчання.

У Росії багато вузів готують бакалаврів за напрямом "Мехатроніка і робототехніка", а також суміжних дисциплін. Ось деякі з них:

• МДТУ ім. н.е. Баумана
• ТПУ - Національний дослідний Томський політехнічний університет
• ТГУ - Національний дослідний Томський державний університет
• СПбГПУ - Санкт-Петербурзький державний політехнічний університет
• УрФУ - Уральський федеральний університет імені першого Президента Росії Б.М. Єльцина
• СПбНІУ ІТМО - Санкт-Петербурзький національний дослідницький університет інформаційних технологій, механіки та оптики
• ДВФУ - Далекосхідний федеральний університет
• НДУ МЕІ - Національний дослідницький університет «МЕІ»
• БДТУ ім. В. Г. Шухова - Білгородський державний технологічний університет ім. В. Г. Шухова
• МДТУ СТАНКІН – Московський державний технологічний університет «СТАНКІН»

Російські виробники робототехніки зацікавлені у якісному навчанні майбутніх інженерів. Компанія Promobot розробила кілька курсів робототехніки для школярів. Наразі компанія розвиває універсальну робототехнічну платформу Promobot на базі власної розробки Software Developer Kit (SDK). Платформа дозволяє інженерам з усього світу писати для робота нові функціональні модулі, навчати Promobot новим сценаріям роботи та налаштовувати його під потреби свого бізнесу. На базі Promobot SDK розробляються та впроваджуються освітні програмидля російських та зарубіжних шкіл та технічних вузів.

Для професіоналів

В останні роки багато роботобудівних компаній створили власні сертифікаційні програми для сприяння навчанню фахівців. Деякі з них створили університети та навчальні програмина роботизованих платформах.

Universal Robots є одним із основних продавців роботів. Компанія має власну платформу навчання – Universal Robot Academy. Великі виробникиРоботи, такі як Kuka і FANUC, пропонують програми сертифікації. Програма Kooka Official Robotics Education (KORE) призначена для викладання у середніх школах, коледжах, університетах та професійно-технічних училищах.

Онлайн-курси від таких компаній, як Bosch, Kuka, iRobot та Lockheed Martin, представлені платформою онлайн-навчання Udacity. Udacity – це нова онлайн-платформа навчання, мета якої – надати доступну освіту в Інтернеті. Курси створені професіоналами в галузі освіти та спонсоруються великими компаніями галузі.

Одна з найбільших платформ - EdX. Тут, наприклад, можна прослухати курс від Колумбійського університету робототехніки або курси від MIT. Також існують платформи з російськомовними курсами, наприклад, Coursera,

Тим не менш, багато хто з нас не має жодного уявлення про те, як їх роблять, з чого, з якими проблемами стикаються інженери і як їх подолати. У цій статті докладно розберемо, як влаштовані роботи і як вони працюють. На базовому рівні люди складаються з п'яти основних компонентів:

структура тіла;

система м'язів, що рухає тілом;

система органів чуття, яка отримує інформацію про тіло та навколишнє середовище;

джерело енергії, що живить м'язи та органи почуттів;

мозкова система, яка обробляє інформацію від органів чуття та дає вказівки м'язам.

Звичайно, у нас є ряд нематеріальних атрибутів на кшталт інтелекту та моралі, але на чисто фізичному рівні перелік вище включає це. Роботи виготовляються з аналогічних компонентів. Звичайний робот має рухливу фізичну структуру, електродвигун певного роду, систему сенсорів (датчиків, органів чуття), блок живлення та комп'ютерний «мозок», який контролює всі ці елементи. Фактично, роботи - це техногенні версії тваринного життя. Це машини, які копіюють поведінку людей та тварин. Джозеф Енгельбергер, піонер промислової робототехніки, якось зауважив: «Я не можу дати визначення роботу, але я точно впізнаю його, коли побачу». Якщо ви замислитеся про всі можливі машини, які люди називають роботами, ви зрозумієте, що неможливо придумати всеосяжне визначення. У кожного є своє уявлення про те, що є роботами. Вам, напевно, відомі ці роботи:

R2D2 і C-3PO: розумні роботи з яскраво вираженою індивідуальністю з фільмів серії «Зоряні війни»

AIBOвід Sony: собака-робот, який навчається у процесі взаємодії з людьми

ASIMOвід Honda: робот, який може ходити на двох ногах

Промислові роботи: автоматизовані машини, що працюють на складальних конвеєрах

Дейта: майже людиноподібний андроїд із «Зоряного шляху»

Роботи-сапери

Марсоходи NASA

HAL: бортовий комп'ютер з «Космічної Одіссеї 2001 року» Стенлі Кубріка

MindStorm: популярний роботизований комплект від LEGO

Все перелічене вище можна назвати роботами. Роботом зазвичай називається те, що люди вважають роботом. Більшість робототехніків (людей, які роблять роботів) використовують більш точне визначення. Вони вказують, що роботи мають перепрограмований мозок (комп'ютер), який рухає тіло. Відповідно до цього визначення, роботи відрізняються від інших рухомих машин на кшталт автомобілів, оскільки вони мають комп'ютерний елемент. Більшість нових автомобілів мають бортовий комп'ютер, але в нього можна внести не так багато нового. Ви керуєте більшістю елементів в автомобілі безпосередньо за допомогою механічних пристроїврізного роду. Роботи відрізняються від звичайних комп'ютерів за своєю фізичною природою - звичайні комп'ютери не мають фізичного тіла, вони можуть існувати і без нього.

Основи роботів

Переважна більшість роботів дійсно є загальні риси. Насамперед, майже всі роботи мають рухоме тіло. Деякі мають тільки моторизовані колеса, в інших є десятки рухомих сегментів, як правило, з металу або пластику. Як кістки у вашому тілі окремі сегменти з'єднуються разом за допомогою суглобів. Колеса робота та поворотні суглобові сегменти активізуються за допомогою різного роду приводів. Деякі роботи використовують електродвигуни та соленоїди як актуатори (приводи); деякі використовують гідравлічну систему; деякі – пневматичну систему (на основі стиснутих газів). Роботи можуть використовувати всі типи приводів. Робот потребує джерела живлення, щоб керувати цими приводами. Більшість роботів або оснащені батареєю або працюють від розетки. Гідравлічним роботам потрібен насос для створення тиску в гідравлічній системі, а пневматичним роботам потрібен повітряний компресор або балони зі стисненим повітрям. Усі приводи підключаються до електричного ланцюга. Ланцюг живить електродвигуни і соленоїди, що активізує гідравлічну систему за допомогою електричних клапанів. Клапани спрямовують стислу рідину через машину. Для переміщення гідравлічної ноги, наприклад, оператор робота повинен відкрити клапан, що веде від рідинного насоса до поршневого циліндра, закріпленого на нозі. Рідина під тиском рухатиме поршень, штовхаючи ногу вперед. Щоб рухати кінцівками в обох напрямках, роботи використовують поршні, які можуть штовхатися обидві сторони. Комп'ютер робота управляє всім, що підключено до ланцюга. Щоб пересувати робота, комп'ютер активує всі необхідні двигуни та клапани. Більшість роботів можна перепрограмувати, щоб змінити поведінку – досить просто ввести нову програмув комп'ютер. Не у всіх роботів є система сенсорів, і лише деякі мають здатність бачити, чути, відчувати запах або смак. Найпоширеніша здатність робота – здатність ходити та спостерігати за своїм переміщенням. Стандартна конструкція використовує колеса із щілиною у суглобах робота. Світлодіод з одного боку колеса пускає промінь світла через щілину, щоб підсвітити датчик світла з іншого боку колеса. Коли робот рухає певним суглобом, колесо зі щілиною крутиться. Щілина розбиває промінь світла у міру обертання колеса. Світловий датчик зчитує поведінку світлового променя та передає дані на комп'ютер. Комп'ютер може точно сказати, як обертається суглоб у певній моделі. За тим же принципом працює комп'ютерна миша. Це засади робототехніки. Робототехніки можуть комбінувати ці елементи в безліч способів створення роботів необмеженої складності.

Роботизований маніпулятор

Термін "робот" прийшов до нас від чеського слова "robota", що означає буквально "примусову працю". У принципі, це слово чудово визначає більшість роботів. Найчастіше роботи роблять важку роботу, монотонно працюють на виробництві. Також вони вирішують завдання, які складні, небезпечні чи нудні для людей. Найбільш поширений вид робота – це роботизований маніпулятор. Типовий маніпулятор складається із семи металевих сегментів, з'єднаних шістьма суглобами. Комп'ютер керує роботом, обертаючи окремі крокові двигуни, підключені до кожного суглоба (деякі великі маніпулятори використовують гідравліку чи пневматику). На відміну від звичайних двигунів, крокові двигуни рухаються точними кроками. Це дозволяє роботу переміщати руку дуже точно, точно повторюючи один і той же рух знову і знову. Робот використовує датчики руху, щоб переконатися, що робить рухи правильно. Промисловий робот із шістьма суглобами нагадує людську руку - у нього є подоба плечу, ліктю та зап'ястю. Як правило, плече встановлено на нерухомій базової структури, а не на рухомому тілі. Такий робота має шість ступенів свободи, тобто він може повертатися в шести різних напрямках. Для порівняння, людська рука має сім ступенів свободи. Завдання вашої руки – переміщатися з місця на місце. Аналогічним чином, завдання маніпулятора – переміщати кінцевий ефектор з місця на місце. Ви можете оснастити маніпулятор різними кінцевими ефекторами, призначеними для конкретних завдань. Один з найпоширеніших ефекторів - спрощена версія руки, яка може вистачати та переносити різні об'єкти. Маніпулятори часто мають вбудовані датчики тиску, які наказують комп'ютеру, з якою силою захоплювати конкретний об'єкт. Це дозволяє роботу не ламати все, що вистачає. Інші кінцеві ефектори включають паяльні лампи, дрилі та розпилювачі порошку або фарби. Промислові роботи призначені для того, щоб робити ті самі речі, в контрольованому середовищі, знову і знову. Наприклад, робот може закручувати ковпачки на тюбиках із зубною пастою. Щоб навчити робота робити це, програміст описує порядок руху, використовуючи ручний контролер. Робот записує послідовність рухів на згадку і робить це знову і знову, коли новий продуктнадходить на конвеєр. Більшість промислових роботів працює на конвеєрах, збираючи автомобілі. Роботи роблять це ефективніше, ніж люди, оскільки точніші. Вони завжди свердлять в тому самому місці, затягують болти з однією і тією ж силою, незалежно від того, скільки годин пропрацювали. Складальні роботи також важливі для комп'ютерної галузі. Дуже складно точно зібрати крихітний мікрочіп силами людини.

Мобільні роботи

Маніпулятори дуже просто зібрати та написати для них програму, оскільки вони працюють в обмеженому просторі. Але все стає трохи складнішим, якщо ви відправляєте робота у світ. Перша перешкода полягає в тому, щоб дати роботу робочу системупересування. Якщо робот рухатиметься лише по гладкій землі, колеса чи гусениці будуть найкращим варіантом. Колеса або гусениці можуть працювати на грубій землі, якщо будуть досить великими. Але найчастіше робототехніки замислюються про ноги, оскільки їх легко адаптувати. Будівництво роботів з ногами також допомагає вченим розуміти природний рух – корисну вправу для біологів. Як правило, гідравлічні або пневматичні поршні переміщують ноги робота вперед та назад. Поршні кріпляться до різним сегментамніг так само, як м'язи кріпляться до різних кісток. Але змусити всі ці поршні працювати належним чином – складне завдання. Коли ви були дитиною, ваш мозок намагався з'ясувати, як потрібно точно рухати м'язами, щоби стояти на двох ногах і не падати. Аналогічно конструктор робота повинен визначити правильну комбінацію поршневих рухів, що беруть участь у ходьбі і запрограмувати цю інформацію в комп'ютер робота. Багато мобільних роботів оснащені вбудованою системою балансу (набором гіроскопів, наприклад), яка підказує комп'ютеру, коли потрібно виправити рух. Прямоходіння (ходьба на двох ногах) – досить нестабільне, тому йому складно навчити роботів. Щоб створити стабільного робота-ходока, конструктори часто спостерігають за світом тварин, особливо комах. Шестиногі комахи мають неймовірно хороший баланс і адаптуються до широкого набору місцевостей. Деякі мобільні роботи управляються дистанційно - людина каже їм, що робити і коли. може здійснюватися за допомогою дроту, радіо чи інфрачервоних сигналів. Роботи з віддаленим керуванням часто називаються ляльковими роботами, і вони корисні для роботи в небезпечних або важкодоступних умовах - наприклад, у глибокій воді або в жерлі вулкана. Деякі роботи керуються дистанційно лише частково. Наприклад, оператор може відправити робота у певне місце, а назад робот вже сам знайде дорогу. Як бачите, роботи страшенно схожі на нас.

Нещодавно в Японії відкрився готель Henn-na (Henn-na Hotel), в якому 90% робіт виконують роботи і 10 осіб справляються з 10% усіх справ, що залишилися. Роботів, випущених компанією Kokoro, називають актороїдами. Вони вміють вітати та заселяти гостей, встановлюючи з ними зоровий контакт та реагуючи на рухи. Деякі можуть спілкуватися іноземними мовами.

Готель Henn-na, що дослівно перекладається з японської на англійську як «дивний готель», використовує й інших роботів, крім актороїдів, наприклад людиноподібних роботів Нао (NAO) та Пеппер (Pepper) від компанії Aldebaran Robotics. Роботи зустрічають гостей біля входу та на стійці реєстрації, допомагають їм зняти пальто та відносять сумки, забираються у кімнатах.

Готель Henn-na не єдиний у своєму роді. У Нью-Йорку існує YOTEL, в якому роботи піклуються про речі гостей, роблять каву, приносять білизну, прибирають номери та виконують ще багато іншої роботи.

А торік готельний гігант Starwood представив роботів, яких назвав Botlrs. Обслуговуючи гостей, ці роботи можуть пересуватися готелем і ліфтами без людської допомоги. З 1992 року роботи допомагають у лікарнях: розносять таці з їжею та ліками, стирають постільну білизну, викидають сміття. У мережі гіпермаркетів Lowe's робот OSHbot допомагає покупцям знайти потрібний товар.

Amazon використовує понад 15 000 роботів на своїх складах, щоб вчасно доставляти замовлення. Навіть армія США планує замінити десятки тисяч солдатів роботами. Торік у Бірмінгемському університеті з'явився перший робот-охоронець Боб заввишки 1,8 метра, який сканує кімнати та сигналізує, якщо бачить щось незвичайне. Якщо Боб десь застряє, він може покликати на допомогу, а якщо розряджається - самостійно вирушає на підзарядку.

Роботи сприяють підвищенню продуктивності віддалених працівників. У бізнес-школі Массачусетського технологічного інституту ті співробітники, які працюють з дому, можуть «розгулювати» офісом та спілкуватися з колегами за допомогою роботів.

Як повсюдне використання роботів вплине на нас

Роботи все частіше з'являються поруч із нами на роботі, то чи не заберуть вони зовсім робочі місця? Дехто вважає, що через повсюдне впровадження роботів люди можуть опинитися на вулиці. У 2013 році в Оксфорді провели дослідження, згідно з яким 47% існуючих нині робіт підвищеного ризику незабаром будуть автоматизовані. Упродовж 20 років люди на цих місцях будуть замінені роботами.

Однак існує й інша думка: віддавши машинам важку роботу, люди зможуть присвятити себе більш цікавим та високотехнологічним заняттям. Так вважає і Девід Кан, голова Double Robotics, компанії, яка створила роботів, що використовуються в Массачусетському технологічному інституті.

Роберт Аткінсон, економіст аналітичного центруФонду технологічного розвитку та інновацій стверджує: висновки про те, що роботи заберуть робочі місця, ґрунтуються на вкрай поверховому аналізі ситуації. По суті відбувається зворотне: використання роботів знижується. Аткінсон пояснює це падіння двома причинами:

1. Тридцять років тому США набагато активніше інвестували у розвиток роботобудування та програмного забезпечення, ніж зараз.
2. Низько висять фрукти на зразок автоматів реєстрації в аеропорту вже зірвані.

Третьою причиною, на думку Аткінса, можна назвати те, що у США немає політики розвитку продуктивності.

Вони могли багато зробити, щоб підвищити рівень продуктивності в країні, але нічого навіть не планують. На відміну, наприклад, від Австралії, де є Національна комісія щодо підвищення продуктивності, робота якої полягає у виявленні можливостей зростання. А ми тільки припускаємо, що має статися…

А компаніям вигідніше наймати людей із низькою заробітною платою, ніж автоматизуватися. Стимулу для заміни працівників роботами немає жодного. От якби людям потрібно було платити більше, тоді компанії замислилися б про роботизацію.

Припустимо, якщо більшість представників низькооплачуваних професій вимагатимуть підвищення зарплати, як це зробили в Нью-Йорку працівники фастфудних закладів, тоді процес автоматизації прискориться.

Ось що говорить з цього питання Гаррі Матіасон, президент юридичної компанії Littler Mendelson, яка спеціалізується на питаннях трудового права у зв'язку із роботизацією.

Прогрес є. У Нью-Йорку працівники фастфуду вже досягли того, що мінімальна зарплата тепер буде $15 на годину. Незабаром роботодавцям економічно вигідно перекладатиме частину роботи на роботів. Відповідно це прискорить процес повсюдної автоматизації. Таким чином, побачити роботів всюди в найближчі п'ять років ми зможемо, якщо самі проявлятимемо економічну активність.

Гаррі Матіасон

Роботи можуть відібрати нашу роботу, але це не погано

Як і Аткінсон, Матіасон вважає, що причин для занепокоєння немає. Він пояснює, що автоматизація 47% робочих місць підвищеного ризику немає нічого спільного з безробіттям.

Почнеться переміщення людей на посади, яких немає зараз, але вони з'являться в майбутньому. Якщо ми звернемося до історії, то побачимо, що така ситуація вже була. Тоді все відбувалося не так швидко, як тепер, але проте прецеденти були. До речі, 1870 року сільським господарством заробляло 70–80% населення, а зараз лише 1%.

І, до речі, знову звертаючись до історії, можна побачити, що з появою нових технологій на виробництві безробіття завжди залишалося на колишньому рівні або навіть зменшувалося. Мені дуже хочеться подивитися, що відбудеться протягом найближчих 10 років: для людей на першому місці стоятиме не загроза безробіття, а можливість навчитися чогось нового. І якщо людина 10 років виконувала одну низькокваліфіковану роботу, то, можливо, необхідність кар'єрного зростання буде їй тільки на радість.

Гаррі Матіасон

Матіасон обіцяє, що на нас чекають захоплюючі часи. Доведеться вносити поправки до Трудового кодексу, відповідаючи на питання, пов'язані із взаємодією людей та роботів. Наприклад, як регулювати поширення особистої інформаціїадже роботи будуть записувати те, що чують.

Незважаючи на те, що невідомо, наскільки швидко проникне роботизація у всі сфери, немає жодних сумнівів у тому, що це станеться. І поки одні продовжують боятися втратити робоче місце, інші мріють про те, як це покращить економіку в цілому та добробут кожної людини. Продуктивність компаній зростатиме, вони більше зароблятимуть і зможуть більше платити працівникам.

Однак одна зі суперечок досі не вирішена: як це, коли на ресепшені готелю тебе зустрічає актороїд, який схоже імітує людські жести…