Все статьи из цикла "В чем прелесть предмета"
Другие статьи из цикла "В чем прелесть робототехники":
Такая разная робототехника
Начало футуристического будущего: как создаются роботы
Олимпиада по робототехнике: вдоль и поперек

В \(20\) столетии в мире науки и технологий подул ветер перемен. Их стремительное развитие не только породило известные инженерные творения, но и создало идейную почву для деятелей искусства. Футуристическое видение настоящего и будущего сформировало противоречиво живой собирательный образ робота: человекоподобной машины с чертами лица как у людей, превосходным интеллектом, разумом и чувствами. Робототехника грядущих лет была предсказана знаменитыми писателями-фантастами, вроде Айзека Азимова и Рэя Брэдбери, но то, какой она стала сейчас, оставалось загадкой даже для их пытливых умов. Могли ли они предположить, что роботы не только будут равными людям, а даже превзойдут их? Могли ли представить, что будут скупать крупнейшие корпорации многотысячными партиями, а что в единственном экземпляре навсегда будет заточено в исследовательских лабораториях? Могли ли они знать, как мы выйдем уже из постиндустриальной эпохи и начнем путь человека-робототехника?

Робототехника успела проникнуть во множество сфер человеческой жизни, начиная с медицины, логистики, инженерии, астрономии и палеонтологии, заканчивая бытом и досугом.

Сравнение количества установок индустриальных роботов в различных сферах. Источник: Международная Федерация Робототехники (IFR)

Робототехника в промышленности

Уже с конца \(20\) века лидирующими отраслями по использованию роботов являются сферы технологий и индустрии. Здесь роботы нужны в основном для ускорения и автоматизации производственного процесса, а также для выполнения задач, требующих ювелирной точности.

Промышленные роботы KUKA на автомобильном производстве. Источник: Wikimedia Commons

Одними из крупнейших производителей промышленных роботов являются американская компания Adept, которая занимается производством высокоточных \(6\)-осевых роботов-манипуляторов, сортировщиков, упаковщиков, а также немецкая компания KUKA, чей спектр производства – роботы и робототехнологические комплексы (РТК) широкого применения, использующиеся в основном для операций манипулирования, металлообработки и монтажа. Помимо этих гигантов, огромную долю рынка в производстве робототехнических систем занимает японская компания FANUC, создающая роботизированные манипуляторы для индустриальных процессов, требующих точность при исполнении различных задач, как монтаж и покраска.

Робототехника довольно многогранная наука, и, пока одни роботы помогают людям создавать и чинить машины, другие помогают "чинить" людей.

Робототехника в медицине

Сфера здравоохранения является одним из самых перспективных направлений развития робототехники, где множество проектов находят свое применение уже сейчас. Так, роботы CyberKnife (на русском – “КиберНож”), разработанные еще в \(1992\) году профессором нейрохирургии и радиационной онкологии Стэнфордского университета Джоном Адлером совместно с Питером и Расселом Шонбергами из Schonberg Research Corporation, предназначены для удаления доброкачественных и злокачественных опухолей в любых частях человеческого тела.

Операционная, оснащенная установкой Кибернож. Источник: Wikimedia Commons

Сейчас эти радиохирургические системы производятся компанией Accuray в США. Но CyberKnife активно используется для лечения опухолей и других заболеваний в разных уголках земного шара: Израиле, Турции, Швейцарии, России, Германии, Южной Корее и во многих других.

Помимо лечения онкологических заболеваний, робототехника добилась немалых успехов и в области хирургии. Американская компания Intuitive Surgical, которая, к слову, существует на рынке робототехнических продуктов с \(1980\)-х годов, разработала одну из самых популярных роботизированных систем – робота-хирурга “da Vinci” (на русском — “да Винчи”).

Он, как все медицинские роботы, ведет свою деятельность под надзором или под непосредственным управлением опытного специалиста. “да Винчи” не только “спасает” хирургов от утомления во время длительных операций, но и обеспечивает высокую точность действий во время операций, скажем, на сердце. Сегодня построено уже свыше \(3000\) аппаратов “da Vinci”, которые за один только \(2012\) год совершили более \(200\) тысяч операций по всему миру.

Робототехника в логистике

Крупнейшие корпорации мира также вносят немалый вклад в развитие робототехники для оптимизации своей деятельности. Так, крупнейшая в мире компания в сфере интернет-магазинов Амазон владеет Amazon Robotics, которая в свою очередь занимается разработкой и производством мобильных роботов в сфере логистики для организации складских помещений и организации потоков по доставке грузов, посылок и товаров. Компания разработала принципиально новую систему хранения предметов на складах и их перемещения по ним: технология заключается в автоматическом передвижении ближайших к пункту назначения роботов с необходимым заказом при помощи специальных штрих-кодов на полу. Скорость робота может достигать \(1.3\) метров в секунду, а столкновения избегаются благодаря различным датчикам. Таким образом, компании удается значительно ускорить передвижение товаров по складам. Кроме того, использование полностью автоматизированной системы управления снижает частоту ошибок, вызванных человеческим фактором.

Роботы-доставщики, разработанные компанией Amazon Robotics

Робототехника в космосе

Очень перспективным и невероятно интересным направлением развития робототехники является космонавтика. Экстремальные условия в космосе, на планетах и их спутниках заметно ограничивают пребывание человека за пределами атмосферы Земли или околоземной орбиты, а также затрудняют транспортировку космонавтов. Поэтому на помощь человечеству и науке в \(1970\) году пришла робототехника.

Первый автоматический планетоход “Луноход-1” успешно выполнял свою нелегкую работу на поверхности Луны почти десять месяцев. Затем, в \(1971\) году советский проект ПрОП-М (Прибор Оценки Проходимости — Марс) стал первым в мире марсоходом, который автоматически мог обнаруживать препятствия по обе стороны от себя и самостоятельно принимать решения об их объезде.

Прибор оценки проходимости — Марс (ПрОП-М). Источник: NASA

Этот аппарат был оборудован двумя лыжами по бокам для передвижения из-за отсутствия каких-либо сведений о структуре поверхности красной планеты. Сейчас же новые марсоходы заметно превосходят первые опытные образцы. Их система передвижения представляет собой систему из \(6\) колес, имеющих достаточно большую свободу движения, а само оборудование марсоходов включает в себя новейшие научные приборы для геологического, биологического, химического и физического анализа поверхности Марса, несколько панорамных камер и системы питания электроприборов на основе радиоактивного распада Плутония-\(238\).

Автопортрет «Кьюриосити». Источник: NASA

Например, Марсианская Научная Лаборатория (MSL) NASA “Curiosity” (“Кьюриосити”) после мягкой высадки \(6\) августа \(2012\) года успешно выполнила свою основную миссию по изучению климата, геологии и возможности существования жизни на Марсе, длившуюся \(1\) марсианский год (\(686\) земных суток). И до сих пор, спустя более \(8\) лет после запуска, этот марсоход выполняет новые задачи, продолжая приносить пользу исследователям далекой планеты. Совсем недавно же, \(30\) июля \(2020\) года, на Марс был запущен новый совместный проект НАСА и Европейского Космического Агентства Марс-\(2020\) «Персеверанс» (англ. Perseverance, «Настойчивость»), который, согласно плану, в \(2031\) году после выполнения основной миссии в виде астробиологических исследований планеты и забору марсианского грунта должен вернуться на Землю с образцами для их дальнейшего более тщательного изучения.

Робототехника в повседневности

Помимо многомиллиардных робототехнических систем, которыми пользуются крупнейшие корпорации, медицинские центры и космические агентства, рынок роботов распространяется и на сегмент бюджетных потребительских продуктов. Речь идет о роботах, которых может себе позволить практически каждый: робот-пылесос, робот-газонокосилка, товары образовательной робототехники и досуга. Производителей роботов с мелкой бытовой целью достаточно много, а сами роботы, по сравнению промышленными собратьями, достаточно просты в своей конструкции.

Робот-пылесос Roomba 700-серии. Источник: Wikimedia Commons

Отличительная особенность бытовых роботов от обычных приборов — отсутствие необходимости в постоянном управлении и наблюдении человеком, что позволяет не только освободить время для других дел, но и значительно повысить скорость и качество выполняемых задач. Кто был бы не рад быстрой уборки от автоматизированного друга?

Образовательная робототехника тоже не стоит на месте, ярким примером чего является известная компания Lego, выпускающая еще с \(1998\) года серию конструкторов Mindstorms. Она представлена в виде программируемых роботов, которые помогают детям обучиться базовым знаниям инженерной механики, электротехники и программирования. Кроме того, на основе этого конструктора была создана крупнейшая олимпиада по робототехнике для школьников и студентов World Robot Olympiad (подробнее о ней в статье “Олимпиада по робототехнике вдоль и поперек”).

Для совершенствования навыков в инженерии и программировании есть возможность конструирования роботов на основе смонтированных печатных плат и программного обеспечения Arduino. Здесь открывается больший спектр возможностей относительно Lego Mindstorms, поэтому многие робототехники начинают свой путь в мир этой всеобъемлющей прикладной науки именно с этих первых ступеней, находя новые увлечения, а возможно и дело всей жизни.

Заключение

В этой статье собраны лишь некоторые из многочисленных примеров применения робототехнических знаний в различных сферах человеческой жизни, но даже этого достаточно, чтобы понять как широка и многогранна робототехника. Она уверенно ступает вперед в будущее семимильными шагами, открывая грандиозные перспективы перед людьми, решившими подарить ей время и частичку своего сердца. Совсем скоро вы сами увидите, что человек и робототехника – давно друг к другу на “ты”.

Фонд «Beyond Curriculum» публикует цикл материалов «В чем прелесть предмета» в партнерстве с проектом «Караван знаний» при поддержке компании «Шеврон». Караван знаний – инициатива по исследованию и обсуждению передовых образовательных практик с участием ведущих казахстанских и международных экспертов.

Редактор статьи: Дарина Мухамеджанова