Робототехника
Робототехника (от слов
робот и техника) - прикладная наука, занимающаяся разработкой
автоматизированных технических систем и являющаяся важнейшей технической
основой развития производства.
Робототехника опирается на такие дисциплины, как электроника, механика,
кибернетика, телемеханика, мехатроника, информатика, а также радиотехника и
электротехника. Выделяют строительную, промышленную, бытовую, медицинскую,
авиационную и экстремальную (военную, космическую, подводную) робототехнику.
Современное понимание робототехники, для лучшего понимания и запоминания,
удобно описать функциональной 3Д-моделью, всего тремя словами:
- Датчики (Sense) - С помощью датчиков (сенсоров) робоототехническая система воспринимает действие окружающей среды. Такими датчиками могут быть механические сенсоры, оптические датчики, камеры, микрофоны и т.д.
- Думать (Think) - или рассчитывать, получая информацию из окружающего мира и строить модели поведения, для того чтобы выполнять предназначенные ему действия. Слово думать здесь введено намеренно, конечно роботы еще не умеют именно думать, но современные системы с применением элементов искусственного интеллекта, нейросетей, уже сложно назвать просто счетными автоматами.
- Действовать (Act) - воздействовать на физический мир, тем или иным способом, после обработки полученной от датчиков информации.
В современной робототехнике должно выполняться все три условия, если какое-то
из условий не выполняется, то в современном понимании такие системы принято
относить к автоматизации. Конечно это условно, но такая модель позволяет более
точно определить что же такое робот в современном понимании.
Робототехника является в настоящее время одним из важнейших факторов
технологического и экономического роста любой страны, причём между ведущими
промышленно развитыми государствами мира уже развернулась гонка за лидерство
в этой сфере. Робототехнические системы находят широкое применение в медицине,
текстильной промышленности, машино-, автомобиле- и судостроении, космонавтике,
авиации, и диапазон их использования в дальнейшем будет только расширяться.
По своему назначению робототехнику принято делить на промышленную и сервисную:
- Промышленная робототехника - проще говоря, это все то, что
занимается промышленным производством.
В промышленности особую популярность получили роботы-манипуляторы, которые применяются для автоматизации сварки, фрезеровки, покраски, резки, шлифовки, обслуживания станков и других производственных задач. Использование промышленных роботов вместо человека, при выполнении основных технологических операций, имеет ряд преимуществ: Лучшая повторяемость произведенной операции, отсутствие человеческого фактора, высокая производительность, которая достигается за счет того, что робот может выполнять работу быстрее, робот не устает и может работать в три смены. а также может работать в агрессивной среде, опасной для человека. Например, изучение космоса, других планет, гораздо проще и безопаснее именно роботами и различными автоматами, и это намного дешевле, чем посылать в космос человека, хотя бы потому, что роботу не нужна система жизнеобеспечения.
Если рассмотреть промышленную робототехнику, но сегодня лучше всего роботы нашли применение в обрабатывающей и автомобильной промышленности, а наименее роботизированные отрасли - это авиа- и судостроение. Именно здесь в будущем можно ожидать стремительный рост.
- Сервисная робототехника - проще говоря, это все то, что служит
вне производства - домашняя робототехника, персональные роботы, облегчающие
какой-либо физический или интеллектуальный труд.
Сегодня уже много кто использует домашних роботов, например роботы-уборщики помещения, но это не единственное применение бытовой робототехники, сейчас активно развиваются разного рода помощники, которые берут на себя часть домашней работы. В настоящее время развиваются человекоподобные роботы, особую популярность получили роботы-экскурсоводы, роботы-лекторы, роботы-секретари и тому подобное. Естественное желание разработчиков таких роботов - придать роботам человеческий облик. Но тут есть ряд проблем с восприятием человеком таких роботов. Пока робот не похож на человека - человек нормально с ним взаимодействует и чем больше робот становится похож на человека, тем больше вызывает симпатии, но до определённого предела. Наиболее приближенные к действительности модели, напротив, заставляют чувствовать отвращение и страх из-за мелких несоответствий реальности - как если бы речь шла о зомби. Эта проблема получила название эффект "зловещей долины". Тем не менее работы в этом направлении активно ведутся, и возможно скоро не просто будет отличить робота от живого человека.
Искусственный интеллект
То, что раньше казалось вершиной человеческого творчества - игра в шахматы,
шашки, распознавание зрительных и звуковых образов, на практике оказалось не
таким уж сложным делом. О машинах, играющих в шахматы, известно давно, еще в
конце прошлого века, суперкомпьютер мог обыграть чемпиона мира по шахматам.
С развитием домашних компьютеров этим теперь вряд ли кого можно удивить. Но что
если машина начнет не просто выполнять заложенную в нее программу, а думать как
человек? А что вообще значит думать как человек?
Для того чтобы думать у человека есть мозг,
который представляет собой довольно сложный биологический объект, состоящий из
миллиардов различных клеток, и мы пока еще только изучаем его работу. Еще
в 19 веке удалось выяснить, что человеческий мозг это прежде всего сеть,
состоящая из примерно 90 миллиардов нейронов - специальных клеток сложным образом
объединенных в одну большую сеть с миллиардами связей.
Структура этой сети очень сложна, так как один нейрон может соединяться с
другими нейронами с помощью специальных отростков - дендридов, аксонов и
синапсов, по которым, как по электрической цепи передаются электрические
сигналы. Упрощенная модель выглядит так: Дендриты
идут от тела нервной клетки к другим нейронам, где они принимают сигналы в
точках соединения, называемых синапсами. Принятые синапсом входные сигналы
подводятся к телу нейрона. Здесь они суммируются, причем одни входы стремятся
возбудить нейрон, другие - воспрепятствовать его возбуждению. Когда суммарное
возбуждение в теле нейрона превышает некоторый порог, нейрон возбуждается,
посылая по аксону сигнал другим нейронам. Конечно, мы пока не можем создать
искусственный мозг, и не только потому, что это очень сложная конструкция, но и
потому, что мы еще не совсем понимаем как это все работает. Но вот создавать
сильно упрощенные модели, имитирующие работу мозга, мы уже научились.
И оказалось, что программная реализация нейронной сети (искусственная нейронная
сеть) открывает массу возможностей по сравнению с традиционным
программированием: Во-первых, они обучаемые - одно из главных преимуществ
нейронных сетей перед традиционными алгоритмами, так как одна и та же сеть может
быть обучена для решения разных задач, а решаемые нейросетью задачи часто
довольно сложно или даже невозможно формализовать. Такие сети сразу показали
свою эффективность в таких задачах как прогнозирование, распознавание образов,
в задачах управления. Сегодня большинство искусственных интеллектуальных
систем строятся как раз с использованием нейросетей. Все больше в наш мир
входит понятие искусственный интеллект, все чаще мы говорим об интеллектуальной
робототехнике, и в будущем, скорее всего, именно это направление робототехники
будет стремительно развиваться.
Обратная связь - предложения, пожелания, критика.
Copyright © R9AL 2022 Все права защищены
