Электронная библиотека
Библиотека .орг.уа
Поиск по сайту
Энциклопедии
   Энциклопедии
      . Вселенная трансформеров -
Страницы: - 1  - 2  - 3  - 4  - 5  - 6  - 7  - 8  - 9  - 10  -
сейчас занят в сельском хозяйстве страны. РОБОТЫ В БЫТУ Робототехнические устройства используют в самых различных и неожиданных областях. Они управляют игрой света в театрах по специальной программе, записанной на магнитной ленте, внедряются в сферу исследования спортивного снаряжения, разрабатывая, например, рекомендации по технике нанесения ударов теннисной ракеткой по мячу, позволяют составлять портрет человека при розыске преступника. В последнем случае имеется в виду не традиционный фоторобот. Портрет составляют телевизионная камера и "миксер", обеспечивающие появление отдельных элементов лица. А взгляните на торговые автоматы. Если это и не роботы, то, во всяком случае, их ближайшие родственники. Такие автоматы, проглотив монету, отмеряют точную порцию подсолнечного масла либо выдают газету. Они могут разменивать деньги и продавать железнодорожные билеты. Самый простой разменный аппарат - прежде всего строгий контролер и испытатель. В конструкцию аппарата входят механические и электромагнитные испытатели монет. Все испытание длится около двух секунд. Нужно не забывать, что роботы - это машины, призванные служить человеку. Поэтому естественно желание человека возложить на них и такие домашние работы, которые мало кто выполняет с радостью и удовольствием: стирку, глажение, уборку, мытье окон. Хорошо бы иметь такого роботизированного "домового". Различные предприятия уже разрабатывают бытовые робототехнические устройства. Среди них автоматические стиральные машины с набором программ, машины для мытья и сушки посуды. Издавна музыканты, играющие в оркестре, сталкиваются, казалось бы, с простой, но трудноразрешимой проблемой: как переворачивать страницы нот, не прерывая игры? Своеобразное решение этой каверзной проблемы на самом современном уровне предложила группа швейцарских изобретателей. Они создали для этой цели маленький робот, который выполняет функцию третьей руки музыканта и по его приказу переворачивает страницу - необходимо лишь нажать ногой педаль. В фантастическом рассказе Рэя Брэдбери "Судебный процесс" шла речь о том, что фирма, занимающаяся протезированием, допротезировалась до того, что в ее клиенте, известном гонщике, уже не осталось ни одной "живой части", и так как он не оплатил в срок задолженность, фирма заявила, что он теперь является ее собственностью. "Полноразмерные" копии человека, созданные в настоящее время за рубежом, ведут себя совершенно "естественно". С. Мицуно, 44 - летний японский художник и изобретатель, создал десять кукол - роботов, среди них "Томас Эдисон" и "Мэрилин Монро". Изготовлением роботов С. Мицуно начал заниматься в 60 - х годах, когда японская электроника переживала бум. В ту пору уже существовали радиороботы. Но, по его мнению, они были "слишком медлительны и примитивны". С. Мицуно решил сконструировать своего робота, и через восемь лет появился "Томас Эдисон". Больше всего времени, как ни странно, потребовалось для создания искусственной кожи, которая по замыслу автора не должна была внешне отличаться от человеческой. С. Мицуно занялся химией и наконец получил мягкую, эластичную кожу из винила, которую он запатентовал. Внутри "Мэрилин Монро" действует 80 электромагнитов. "Именно столько мускулов занято в движениях живого человеческого тела и лица, которые кукла имитирует", - поясняет С. Мицуно. Разумеется, до человеческого подобия этим игрушкам еще далеко, однако программируемость на ту или иную "манеру поведения" позволяет вполне оправданно относить их к роботам первого поколения. Совсем другое дело - кибер, разработанный группой исследователей одной из токийских лабораторий робототехники. Это человекоподобный робот с руками, ногами, зрительным, слуховым и речевым аппаратом, и обладающий интеллектуальными способностями на уровне двух - трехлетнего ребенка. Он может, в частности, выполнить просьбу отыскать что - либо в помещении и принести, а также отвечать на вопросы. РОБОТЫ - ОБЪЕКТЫ ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ Робот - помощник человека, но слепо доверяться ему нельзя (рис. 8). Те промышленные роботы, которые сейчас трудятся на заводах и фабриках, пока еще недостаточно сообразительны. Представим, что на линии сборки автомобилей случается какой - нибудь "перекос". Автоматы этой ошибки не замечают. Их настроили на то, чтобы сверлить отверстия в дверце, а они сверлят теперь в баке для горючего. Неправильная установка изделия их не волнует. Кроме того, иногда в их электронном блоке происходит какой - нибудь сбой, и тогда автомат в "слепой ярости" начинает колотить своей мощной стальной лапой по чему попало (так случилось недавно в Японии, когда роботом был убит рабочий). Робот, скажем, как и автомобиль или самолет, является объектом повышенной опасности. Поэтому для большей гарантии безопасности человека, взаимодействующего с роботом, желательно, чтобы в программу поведения робота была заложена определенная осмотрительность, забота о безопасности человека. Говоря о взаимодействии человека и робота, уместно вспомнить о трех законах системы "человек - робот", сформулированных американским писателем - фантастом и ученым А. Азимовым: 1. Робот не должен своим действием или бездействием причинять вред человеку. 2. Робот должен повиноваться командам, которые ему дает человек, кроме тех случаев, когда эти команды противоречат первому закону. 3. Робот должен заботиться о своей безопасности, поскольку это не противоречит первому и второму законам. Рис 8 Робот объект повышенной опасности Эти законы, по мысли Азимова, должны полностью гарантировать безопасность четовека в системе "человек - робот" Создать роботов, т гя которых эти законы были бы непреложны, наша задача РОБОТЫ ДЛЯ МЕГАМИРА Казалось бы, куда уж дальше, но есть совершенно безграничная область для фантазии роботостроителей - мегамир. В наше время, когда человечество планомерно осваивает ближайшую соседку Земли - Луну, фантасты устремились к звездам. В одной нашей Галактике больше сотни миллиардов солнц, не исключено, что у многих есть планеты. Из всех космических грез самая распространенная и самая заманчивая - мечта о встрече с братьями по разуму, с иными цивилизациями, желательно, с более развитыми, способными передать нам секреты еще не сделанных открытий. Однако даже в Солнечной системе нет планеты, где человек остался бы в живых, сняв скафандр. Исследования мегамира связаны со сверхдальними космическими полетами. Для таких полетов потребуется время, превышающее длительность человеческой жизни. Спрашивается: есть у человека способ исследовать мегамир? Да, имеется. Это создание кибернетической системы - робота, управляемого искусственным интеллектом и рассчитанного на длительное функционирование в мегамире. Такой робот может достичь самых дальних районов Вселенной. Неизвестность сред, в которых придется функционировать системе, непредвиденность и сложность конкретных задач, которые придется ей решать, исключают возможность построения системы управления робота с заданным алгоритмом, сколь бы широкий круг задач в нем не был предусмотрен. Управлять системой можно будет, только моделируя творческое мышление человека. Система должна быть саморазвивающейся, причем это касается и саморазвития искусственного интеллекта (рис. 9). Искусственный интеллект должен уметь решать такие частные, но важные проблемы, как формирование языка, распознавание образов, построение гипотез, выбор критериев успеха, самообучение. Подобно человеку, автономная система робота - астронавта с искусственным интеллектом не сможет моделировать реальный мир, если не пройдет обучения такому моделированию в известных человечеству средах и если переход от известных сред к неизвестным не будет для этой системы постепенным. Проблема создания автономно функционирующего робота - астронавта, управляемого искусственным интеллектом и предназначенного для сбора полезной человечеству информации в мегамире, сегодня стоит на рубеже научных исследований дальнего поиска. Рис. 9. Структурная схема системы искусственного интел гекта робота для мегамира ЧТО ЖЕ НАМ ДЕЛАТЬ? Роботизация. Роботы и робото-технические системы. Это все очень серьезно. Именно поэтому мы начали книгу со всестороннего обзора основных проблем роботизации. В последующих разделах мы перейдем к вопросам моделирования различных систем роботов, будем думать, как изготовить ту или иную систему или даже целого робота. Каждый может внести свой вклад в эту важнейшую государственную проблему. Вы сами видите, как велико здесь поле деятельности и как интересна любая задача. На занятиях кружка радиоэлектроники автор этой книги задал ребятам вопрос: если бы мы с вами занялись конструированием человекоподобного робота, то какими электронными системами вы бы его оснастили? И вот пятеро мальчиков ответили, что кроме общепринятых систем зрения, слуха, осязания они бы оснастили робота следующими устройствами: 1. Аварийной системой, останавливающей все механизмы робота при появлении тревожного возгласа "Аи"! или "Ой"! 2. Системой "веди меня" - если робота взять за руку и потянуть, он пойдет за вами. 3. Системой различения команд, подаваемых голосом: "Иди", "Стой", "Здравствуй", реагирующей на звучание букв "и", "о", "а", отличающихся своими частотами. 4. Системой поворачивания головы робота на появившийся звуковой сигнал. 5. Системой "кивок" - робот доброжелательно кивает, когда с ним кончают говорить. 6. Системой движения губ робота и изменения свечения ламп во рту робота в такт с его речью 7. Инфракрасными локаторами, предохраняющими робота от столкновения с препятствием. 8. Системой, обеспечивающей физкультурную зарядку робота - цикл различных движений по определенной программе. 9. Системой "настроение робота", изменяющей активность его движений, издающей "смех", когда он доволен, и "унылое ворчание" - когда недоволен. 10. Игрой в "крестики и нолики" на груди - экране робота. 11. Системой танца робота от низкочастотного ритма или различного сочетания музыкальных тонов. 12. Кроме игры в "крестики и нолики" на груди робота можно установить бегущие огни, загорающиеся в такт с музыкой. Ребята тут же набросали структурные схемы предлагаемых ими систем робота и даже позаботились о микроэлектронном выполнении всех предлагаемых устройств. Они, конечно, фантазеры, эти ребята, но если задуматься, то среди их предложений - экспромтов есть кое - что любопытное и, возможно, полезное и для самых настоящих промышленных роботов. Разве не заслуживает внимания "аварийная система", останавливающая робота при возгласах "Ой" и "Аи". Ведь современный робот - манипулятор - это далеко не безопасный объект. А физзарядка робота по определенной программе - в ней тоже есть рациональное зерно. Такую зарядку есть смысл проделывать и настоящим роботам в порядке контроля жизнедеятельности и четкости работы всех его систем перед тем, как приступить к настоящей работе. Это как бы встроенная система контроля роботоспособности всех систем робота. Разве это не интересно! Вы чувствуете, какое поле деятельности открывается перед каждым, кто заинтересуется, а еще лучше - увлечется проблемой роботизации. Итак, переходим к главной части нашей книги - моделированию различных робототехнических систем и пожелаем читателям больших творческих успехов в этой интереснейшей и важной области деятельности. 2. БИОНИКА И КИБЕРНЕТИКА - ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РОБОТОСТРОЕНИЯ БИОНИКА - СТЕРЖЕНЬ РОБОТОТЕХНИКИ Если роботы первою поколения, похожие на бесчувственные часовые механизмы, известны человечеству с давних времен, то роботы второго и третьего поколений смогли появиться лишь в XX веке, вслед за выдающимися достижениями современной науки и техники. Своим существованием они обязаны бионике и кибернетике. Эти науки создали научный фундамент для построения мыслящих машин высших поколений. Необходимость приспособления (адаптации) роботов к изменяющимся условиям внешней среды потребовала разработки для них органов чувств, аналогичных человеческим: слуха, зрения, осязания. Здесь конструкторы вынуждены были обратиться за консультацией к природе, создавшей у живых существ самые разнообразные органы чувств. Цель бионики (так называется эта сравнительно новая наука) - перенесение в технику принципов действия систем, управляющих живыми организмами. За время развития жизни на Земле в процессе естественного отбора природа создала массу замечательных образцов живых "инженерных систем". Многие изобретения природы заимствовались людьми для создания конструкций еще в древности. Так, древние арабские врачи, изучая глаз человека, создали линзы - подобие хрусталика глаза. Великий русский ученый Н. Е. Жуковский, исследовав полет птиц, разработал теорию подъемной силы крыла и современную аэродинамику. Таких примеров - множество. Ученым - бионикам принадлежит идея использования биоэлектрических сигналов мышц для управления. С давних времен люди искали способы вернуть руку тем, кто ее лишился. И это удалось сделать нашим советским ученым. Они использовали биотоки мышц. Известно, что, когда человек двигает рукой или ногой, в его мышцах возникают биотоки. Появляющиеся в мышцах биопотенциалы можно снять с помощью электродов и усилить. Первую модель искусственной руки, управляемой биопотенциалами, изготовили в СССР в 1957 году. В 1960 году в Москве на Конгрессе по автоматическому управлению 15 - летний мальчик, у которого не было кисти руки, взял протезом кусок мела и написал на доске ясно и четко: "Привет участникам Конгресса!". Протезом его кисти управляли биотоки мышц. Искусственная рука, созданная советскими учеными, вернула к труду уже сотни людей как в СССР, так и за рубежом. Глава английских медиков доктор Р. Джонс сказал: "Русские достигли огромного прогресса в электронной физиологии". Приобрела лицензию на советскую биоэлектрическую руку и Канада. Писатель Дж. Олдридж назвал это изобретение уроком гуманизма, который оставит глубокий след во многих сердцах. Итак, несмотря на слабость биотоков, усилитель мышечной энергии можно наделить богатырской силой. ПРОБЛЕМА "ЧЕЛОВЕК - МАШИНА" С возникновением машин, облегчивших человеческий труд, перед бионикой появилась проблема взаимоотношений человека и машины. Здесь выявилось очень много интересного. Так, было установлено, что во многих производственных процессах (например, при управлении автомобилем или самолетом) полная замена человека автоматическим устройством либо невыгодна, либо невозможна. Следовательно, встает проблема оптимального распределения обязанностей между человеком и машиной. Интересно сравнить характеристики человека и технических устройств, в частности сопоставить эффективность их работы в различных условиях. В процессе биологической эволюции физиологическая и психологическая конституция человека приспособилась к условиям земного существования. Довольно узкий диапазон изменения температуры и давления воздуха и постоянство его состава, земное притяжение и лучевая энергия, падающая на поверхность Земли, - вот характеристики окружающей среды, в которой проходит жизнь человека. Выход в космос насильственно ставит человека в совершенно новую, непривычную среду. Это может привести к временным или даже необратимым нарушениям в организме человека. Человек не выдерживает сравнения с автоматом и по чувствительности к воздействию радиоактивного облучения. А радиационная устойчивость электронных систем в десятки раз выше допустимой для человека дозы облучения. Исключительно чувствителен человек и к воздействию ускорений и колебаний температуры. Однако не только это создает трудности при конструировании пилотируемых космических кораблей. Следует учитывать и такие проблемы, как обеспечение возможности дыхания и питания человека в космическом корабле, а также удаления продуктов обмена, контроль за мышечной деятельностью и действием системы кровообращения в условиях невесомости и, наконец, психологическую подготовку экипажа к полету в космос. Следует иметь в виду также, что человек подвержен усталости и его работоспособность временами значительно понижается, в то время как автоматы способны работать надежно длительный срок. ЧТО ТАКОЕ КИБЕРНЕТИКА? Итак, робот с помощью своих органов чувств получил информацию о внешней среде: он увидел, услышал, почувствовал... Теперь нужно реагировать на полученные сигналы: протянуть руку, взять нужную деталь, с большой точностью установить ее на место, закрепить винтами и т. д. Как все это выполнить "по - человечески" - плавно, без лишней суеты, рывков? Ответ на этот вопрос дает кибернетика. Кибернетика неотделима от бионики. Говорят даже, что кибернетика родилась "под знаком робота". В самой краткой формулировке кибернетика - это наука об общих законах управления в живых и неживых системах. О кибернетике каждый из вас немало слышал, а может быть, и читал. Сейчас всякий школьник знает, что такое электронная вычислительная машина, луноход и робот. Все это - кибернетические машины. Удивительное и кибернетика - рядом. Трудно даже поверить во все ее чудеса. Наверное, каждому из вас хотелось бы поближе познакомиться с кибернетикой, чтобы в школьном кружке или дома с товарищами построить ту или иную кибернетическую модель. Разве не интересно сконструировать своего кибернетического песика или небольшую электронную вычислительную машину? Найдутся и такие ребята, которых больше интересует теория: любопытно узнать, какой "алгеброй" пользуются вычислительные машины или как подсчитать количество информации в прочитанной книге?.. 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ - ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОСНОВА РОБОТОСТРОЕНИЯ Пытаться конструировать радиоэлектронные системы роботов, не представляя хорошо их теории и физических основ, - это значит работать с очень низким коэффициентом полезного действия. Создать какую - либо систему робота, не понимая ее сути, невозможно. Работа должна строиться на прочной основе теоретических знаний - только тогда конструктор с каждой новой разработкой будет расширять диапазон своих знаний и переходить к новым рубежам творчества. Партией и правительством перед народом Советского Союза поставлена важнейшая задача - всемерное ускорение научно - технического прогресса. Это относится не только ко взрослым, но и к школьникам. Перед юными техниками стоит задача: в короткие сроки освоить элементы теории радиоэлектроники, микросхемотехники и робототехники. Все это - новейшие сложные области техники, без их знания немыслим современный знающий инженер, техник и зачастую даже квалифицированный рабочий. Но если изучать их старыми методами - только по книгам, - то без определенной системы достичь чего - либо существенного будет трудно. Как же быть? Ученые утверждают, что лучшим способом освоения теории является эксперимент. С каких же экспериментов лучше всего начинать? К примеру, в этом вам может помочь серийно выпускаемый промышленностью конструктор "Радиокубики". Если на монтаж с помощью пайки и наладку громкоговорящего приемника у ребят уходит иногда до двух - трех месяцев, то для сборки такого же приемника из магнитных радиокубиков нужно всего три - пять минут. Три минуты вместо трех месяцев! Вот вам и пример ускорения научно - технического прогресса. Пользуясь радиокубиками, вы изучите теоретические основы радиоэлектроники, ознакомитесь с различными радиодеталями, их назначением и свойствами. Затем можно будет последовательно переходить к следующим конструкторам, выпускаемым промышленностью: модульному для сборки сложных радиоэлектронных систем из простейших типовых узлов - модулей; для изучения логических основ построения ЭВМ и знакомства с микросхемотехникой; для сборки и исследования основных каналов ЭВМ. Обо всех этих конструкторах мы еще расскажем, а пока ответим на вопрос: что же это такое - моделирование и как оно применяется в пр

Страницы: 1  - 2  - 3  - 4  - 5  - 6  - 7  - 8  - 9  - 10  -


Все книги на данном сайте, являются собственностью его уважаемых авторов и предназначены исключительно для ознакомительных целей. Просматривая или скачивая книгу, Вы обязуетесь в течении суток удалить ее. Если вы желаете чтоб произведение было удалено пишите админитратору