Реферат: Рождение и основные этапы развития робототехники

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:

. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.

. Робот должен подчинятся командам человека, если эти команды не противоречат первому закону.

. Робот должен заботиться о своей безопасности, пока это не противоречит первому и второму закону.

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.

В 1943 г. Артуро Розенблат, Норберт Винер и Джулиан Биглоу вводят в обращение термин "кибернетика".

Джордж Девол (1946) патентует универсальный прибор, использующий магнитное записывающее устройство для управления машинами.

.7 1950-е года

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 1950 г. Алан Тьюринг в своей работе "Computing Machinery and Intelligence" описывает способ определения, является ли машина мыслящей, ставший известным как "критерий Тьюринга" ("Turing Test"). Критерий Тьюринга закладывает основу ежегодных соревнований между творцами думающих программ.

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 1955 г. программа SAGE закладывает начало будущей революции в автоматизированном проектировании.

В 1956 г. Джордж Девол и Джозеф Энгельбергер встречаются за коктейлем, чтобы обсудить написанное Айзеком Азимовым. Историческая встреча заканчивается соглашением о совместной работе по созданию роботов. Их новая компания будет называться Unimation, inc.

Также 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 Беркли в 1956 г. создан мобильный робот, получивший имя Squee. Squee имеет четыре сенсора (два фотоэлемента и два контактных датчика), три электродвигателя (двигатель привода, двигатель поворота и двигатель, открывающий и закрывающий ковш, или "руки") и "мозг" из полдюжины реле. Squee охотится за "орехами" (теннисными шариками), которые освещают лучом света. Подобрав "орех", Squee отвозит его на освещаемую светом площадку и снова возвращается к охоте.

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.

.8 1960-е года

В 1960 г. создан первый робот "Versatran", предназначенный для практического промышленного использования, разработан в компании AMF Джонсоном и Миленковичем.

В Университете Джона Хопкинса (1960) создано кибернетическое устройство, получившее известность как "Животное Хопкинса". Под управлением транзисторных схем "Животное" блуждало по коридорам физической лаборатории, пока не "чувствовало" разрядку аккумуляторных батарей. После чего с помощью специального оптического фотоэлемента начинало искать на белых стенах лаборатории черные розетки. Найдя такую розетку, "Животное" с помощью специальной чувствительной руки со штепселем заряжало свои батареи и снова переходило в режим "блуждания". Поведение "Животного" можно было сравнивать с поведением одноклеточных организмов, подобных амебе.

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.

Автоматическая станция "Венера-3" впервые достигла поверхности Венеры в 1966 г., доставив вымпел СССР. Это был первый в мире перелет автоматического аппарата с Земли на другую планету.

В Стэнфордском институте начат проект по созданию мобильного робота, который может рассуждать об окружающей обстановке. Созданный робот за свою неустойчивость будет назван "Шейки" - трясучка.

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. Шейки обеспечивал выполнение задания, даже если оно было сформулировано в самом общем виде. Робот мог действовать в помещениях, где находилось несколько недеформируемых предметов простой формы.

Система технического зрения позволяла ориентироваться в окружающей среде, избегать препятствий и принимать решения о дальнейшем маршруте. Шейки использовал бортовую ЭВМ SDS-940, телекамеру, лазерный дальномер и датчики столкновения на бампере, чтобы собрать данные, которые затем передавались по радиоканалу на стационарные ЭВМ PDP-10 и PDP-15 производства DEC. Обратные команды передавались также по радиоканалу, что позволяло Шейки перемещаться со скоростью 2 метра в час.

Хотя уже через два года финансирование проекта было прекращено, Стэнфордский мобильный робот стал одной из выдающихся вех в истории робототехники.

В этом же году, в СССР созданы первые интегральные исследовательские роботы ЛПИ-1, а чуть позднее - ЛПИ-2.

.9 1970-е года

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. Управление исследовательским аппаратом осуществлялось при помощи комплекса аппаратуры контроля и обработки телеметрической информации на базе ЭВМ "Минск-22". 20 февраля, по окончанию 4 лунного дня (лунный день длится две земные недели), ТАСС сообщил о полном выполнении первоначальной программы работ. Однако "Луноход-1" не собирался "умирать" и в три раза перекрыл свой первоначально рассчитанный ресурс.  Колеса лунохода проложили по Луне дорожку длиной 10 540 м. Более чем в 500 точках ее были определены физические свойства грунта. Во время движения лунохода на Землю было передано около 25 тыс. снимков и 211 панорам лунной поверхности. Высадка мобильного автоматического аппарата на лунную поверхность стала очередной победой СССР в освоении космического пространства.

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). Робот представляет собой трехколесную самоходную тележку, снабженную системой датчиков (дальномер и тактильные датчики), и управляется аппаратно реализованной нейронной сетью (узлы сети - специальные электронные схемы, собранные на транзисторах). Робот демонстрирует целенаправленное движение в естественной среде и обход препятствий в виде людей, деревьев, скамеек. Цель движения робота задается координатами точки на местности.

. 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. Робот построен по колесной формуле - 6х6 и управляется вычислительным комплексом М-6000. Информация о внешней среде поступает от лазерного сканирующего измерителя расстояний и тактильной системы, построенной на микровыключателях и упругих чувствительных элементах. Навигационная система состоит из гироскопа и системы счисления пути с одометром.

. В СССР в Институте Кибернетики под руководством Н.М. Амосова создан робот МАЛЫШ, управляемый обучающейся нейронной сетью. Робот объезжает препятствия в естественной среде. На МАЛЫШЕ проведен ряд фундаментальных исследований в области создания обучающихся роботов с нейросетевыми системами управления.

.10 1980-1990-е года

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. Его можно запрограммировать на речь, перемещения по комнате и выполнение несложных заданий по доставке предметов.

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. Комплекс оснащен интегрированной информационно-управляющей системой, бортовой встроенной системой искусственного интеллекта и системой дистанционного управления. Исполнительные устройства управляют движением и системой управления оружием. На роботе-танке исследованы возможности повышения эффективности бронетанковой техники путем перераспределения решаемых задач между человеком и машиной.

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. Соревнования посетили около 7000 зрителей. Во время первого чемпионата роботам было сложно даже просто найти мяч. А когда он, наконец, попадал к игроку, последний часто отправлял его в собственные ворота.

В Исследовательском центре Xerox в Пало-Альто создан модульный самореконфигурируемый робот PolyBot G1. Основанный на стэнфордских разработках Марка Йима робот состоит из модулей на основе микроконтроллера 68HC11. В кубических модулях размером около 5-ти сантиметров применены стандартные сервомоторчики, используемые в RC-хобби.

1998. "Больницы - это та самая окружающая среда, которая идеально подходит для использования роботов", - сообщает Джозеф Энгельбергер, представляя робота-помощника HelpMate Trackless Robotic Courier. Обладая грузоподъемностью около 100 кг, робот может объезжать препятствия без посторонней помощи, используя ультразвуковые и инфракрасные датчики, и даже подниматься и спускаться по лестнице. Для передвижения роботу не требуется прочерченная на полу линия, что Энгельбергер считает огромным шагом вперед.

. 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.