Роботы: что это такое и для чего используются

Устройства, способные заменить человека в различных сферах деятельности, перешли из фантастических фильмов в реальную жизнь. Определение «робот» впервые упоминается в пьесе Карела Чапека «R.U.R» в 1920 году. Сейчас роботы перестали быть фантазиями ученых. Роботизированные системы способны заменить человеческий труд и решать физические и вычислительные задачи.

Что такое робот?

Робот (с чешского «robota» переводится как «барщина, подневольный труд») — это механизированная, программируемая система или устройство с антропоморфным (подобным человеку) поведением. Их разрабатывают для облегчения человеческого труда на производственных и опасных участках.

Виды роботов

Роботы классифицируются по нескольким параметрам. По свойствам материалов устройства могут быть жесткими, мягкими и гибкими. Первый тип используют для постоянно повторяющихся операций, в которых требуется высокая точность или большая физическая нагрузка. Мягкие (гибкие) роботы выглядят, как живые организмы. Они легко меняют форму и адаптируются к условиям окружающей среды.

Что такое гибридные роботы? Это жесткие устройства, оснащенные эластичными элементами. Иногда твердые каркасы полностью покрывают мягким материалом.

В мире роботов устройства также классифицируются по способу управления:

• жесткопрограммируемые — требуют строго организованной рабочей среды, так как не адаптируются под изменения условий (возможно переобучение);
• перепрограммируемые — на первом рабочем цикле оператор задает начальную траекторию и параметры, робот получает сигналы обратной связи и корректирует свои действия;
• гибкопрограммируемые — самостоятельно меняют программу в зависимости от поставленной задачи и условий внешней среды.

Есть множество других классификаций роботов: по позиционированию возможных перемещений, уровню искусственного интеллекта и др. Разнообразие систем позволяет подобрать устройство под конкретную задачу.

Какие бывают роботы?

Типы роботов классифицируются по сфере применения. От условий эксплуатации зависят технические характеристики конструкция и другие параметры устройств.

Промышленные

Роботы автоматизируют различные процессы производства, что повышает эффективность и качество работы. Требования и классификации устройств приведены в ГОСТ 25686-85. Согласно стандарту промышленные роботы — это стационарные или подвижные машины, в состав которых входят манипуляторы и программируемое управление.

 

Такие устройства используют в различных сферах:

• автомобилестроение;
• строительство;
• литьевое производство;
• фасовочно-сортировочные работы;
• сельское хозяйство;
• транспорт.

Промышленные роботы быстрее и эффективнее выполняют работу, чем человек.

Бытовые (сервисные)

Эти роботы помогают человеку с повседневными задачами:

• персональные (кухонные роботы, пылесосы, роботизированные домашние животные);
• профессиональные (консультанты в магазинах, гиды, курьеры).

Такие устройства имеют более простое управление, для которого не требуется специальное образование или профессиональные навыки.

 

Боевые роботы

Это многофункциональные технические роботы, которые используют для боевых действий. Роботы классифицируются по рабочей среде:

• морские (подводные и надводные) — патрулирование, сопровождение кораблей, поиск мин;
• воздушные — наблюдение, военная разведка, беспилотники;
• сухопутные — саперы, боевые комплексы, самоходные танки, БТР.

Боевые роботы пока что не автоматизируются с помощью искусственного интеллекта. Управление происходит вручную. Однако дистанционная система позволяет безопасно проводить военные действия без человеческих жертв.

Медицинские

Медицинские роботы используют для диагностики и хирургических операций. Роботизированные машины изготавливают лекарства, помогают персоналу ухаживать за больными. Некоторые устройства могут обучать новых врачей и медсестер.

Мединские машины используют в качестве сиделок. Врачам не нужно постоянно проверять состояние пациента. Если человек почувствует недомогание, он сможет сообщить об этом роботу, который передаст информацию персоналу. Такие машины подключают к системам жизнеобеспечения. Врач моментально узнает, если у пациента изменилось дыхание, сердцебиение, давление и другие характеристики.

Роботы активно используются в трансплантологии. Роботизированные протезы заменяют поврежденные и утраченные части тела, внутренние органы.

Исследовательские роботы

Роботизированные системы участвуют в исследованиях под водой и землей, в космосе. Устройства способны выдержать любые условия, в которых человек не может выжить, например, при высоком давлении или температуре.

Использование исследовательских роботов позволяет расширить знания в различных сферах. Развитие робототехники способствует научному прогрессу.

Как выглядит робот?

Внешний вид и конструкция робота может иметь различную конфигурацию в зависимости от сферы применения и условий эксплуатации. Например, бытовые роботы имеют небольшие размеры, а все механизмы полностью скрыты за корпусом из пластика или металла.

Изначально все представляли роботов, которые внешне напоминают человека. Конструкция включала несколько составных частей:

• голова — здесь встроен искусственный интеллект, управляющие элементы и датчики (зрительные, слуховые, речевые);
• торс — экзоскелет и блок питания (встроенный или съемный);
• руки (манипуляторы) — верхние конечности с функцией захвата;
• ноги (шагоходы, шасси, гусеницы) — отвечают за перемещение робота.

Такой внешний вид роботов описывали писатели-фантасты, режиссеры научных фильмов. Однако современные машины имеют более сложную конструкцию. У бытовых роботов небольшие размеры и простая конфигурация, понятная любому человеку. Промышленные и исследовательские машины значительно больше, а конструкция не похожа на человеческое тело.

Роботы, напоминающие человека, используют не для специализированных работ. Такие машины можно встретить в магазинах и торговых центрах. Они выполняют работу консультантов, администраторов. Их размеры соответствуют человеческому телу.

Принцип работы робота

Работа любого робота заключается в выполнении определенных функций. За это отвечает навигационная бортовая система:

• задает маршрут;
• управляет характеристиками передвижения (скорость, направление, количество подвижных элементов);
• получает и интерпретирует информацию о внешней среде и положении робота в ней.

Передвижение может задавать искусственный интеллект. Такие системы еще не введены повсеместно, сфера только развивается. Основная масса роботов работает на основе заданных параметров. У машин есть четкий набор команд и их сочетаний.

Роботы на основе искусственного интеллекта способны решать различные задачи, которые не были заложены программно. В таких системах заложен алгоритм обучения на основе динамической базы данных. У робота есть начальные настройки, но он способен их менять самостоятельно, исходя из внешних условий, без человеческого вмешательства. Такие системы обучены играть в шахматы с реальными игроками, ставить точные диагнозы, вести понятный диалог с покупателями.

Независимо от способа управления все роботы оснащены системой передвижения. Перемещение машины осуществляется одним из способов:

• по направляющим балкам и монорельсам;
• с помощью гусениц или колесных систем;
• по бионическим механизмам (ползающие, плавающие и др.);
• с помощью шагающих вакуумных присосок;
• установка комплексных конструкций.

Система передвижения зависит от условий эксплуатации. Например, если робот работает на складе или в цеху, у него есть базовый механизм перемещения по направляющим. Их четкое определение гарантирует точность передвижения. Бионические системы способны перемещаться в любых направлениях. Шагающие присоски помогают роботу двигаться по вертикальным поверхностям.

Строительство роботов в США

Америка является одним из мировых лидеров в роботостроительстве. Инженеры внедряют искусственный интеллект в машины для медицинских и научных исследований. В 2022 году американские ученые создали робота, который может менять форму для передвижения по суше, воздуху и воде. Машина с резиновой оболочкой была наполнена металлом, способным переходить из жидкого в твердое состояние и обратно.

Американские инженеры создают роботов любых типов и конфигураций: от бытовых до промышленных robot. США вносит значительный вклад в развитие данной сферы.

Развитие роботов в Японии

Япония уже несколько десятилетий является лидером в научных технологиях. Японская робототехника как наука появилась в 60-70-х годах прошлого века.

В стране можно встретить роботизированный транспорт, медицинский персонал и robot-компаньонов. В общественных учреждениях и торговых центрах установлены машины, которые приветствуют посетителей. Гости могут задать вопросы, например, где находится кабинет или отдел.

В японской медицине все чаще можно встретить роботов-врачей. Они автоматически заполняют медицинские карты, развозят лекарственные препараты и даже участвуют в операциях. Уникальность японских технологий — роботы-сиделки. Медицинскому персоналу не нужно постоянно сидеть рядом с пациентом. Если человеку станет хуже, робот сообщит об этом врачу. Такие системы подключаются к системам жизнеобеспечения и ИВЛ, если пациент находится не в сознании.

Роботы-компаньоны можно встретить только в Японии. В стране растет количество одиноких людей среди населения. Машины с искусственным интеллектом ведут осмысленные беседы с человеком, помогают в быту. Такие технологии выглядят странно, но они созданы для лечения стресса и предотвращения суицидов на основе одиночества.

Роботы в Китае

Китайская робототехника направлена на военную и космическую сферы. Инженеры создают многофункциональные машины, оснащенные искусственным интеллектом. В Китае разрабатывают роботов, которые в будущем будут использованы в оборонной промышленности. Такие системы полностью автоматизированы и работают на дистанционном управлении.

В бытовой сфере Китая роботы мало востребованы. Большая часть населения придерживается традиций и не заменяет ручной труд машинным. Однако и в китайских домах можно встретить современную технику.

Применение искусственного интеллекта при разработке роботов

Искусственный интеллект — самое актуальное направление в робототехнике в настоящее время. Современные машины не только способны заменить ручной труд, но могут работать полностью без участия человека. Это не только упрощает процесс, но и предотвращает влияние человеческого фактора.

В будущем роботы не только будут выполнять сложную и опасную работу, но также значительно упростят жизнь человечества. Люди смогут сосредоточиться на других проблемах.

На данный момент искусственный интеллект применяется редко, в основном, в исследовательских и промышленных роботах. Такие системы смогут принимать решения без участия человека, что ускоряет весь процесс. В бытовых машинах искусственный интеллект пока не требуется. Когда искусственный интеллект будет использоваться повсеместно, умные роботы станут постоянным спутником человека.

Оставьте комментарий, примите участие в опросе

Если Вы знаете дополнительную информацию о роботах, их производстве, применении, поделитесь с нами в комментариях. Приглашаем принять Вас участие в опросе, нам очень важно Ваше мнение, на сколько была полезна Вас статья. Опрос расположен ниже.

Посмотрите еще полезные статьи