Как устроены роботы? Что такое поисковый робот? Функции поискового робота "Яндекса" и Google.

Тем не менее многие из нас не имеют ни малейшего представления о том, как их делают, из чего, с какими проблемами сталкиваются инженеры и как их преодолеть. В этой статье мы подробно разберем, как устроены роботы и как они работают. На самом базовом уровне люди состоят из пяти основных компонентов:

структура тела;

система мышц, которая движет телом;

система органов чувств, которая получает информацию о теле и окружающей среде;

источник энергии, питающий мышцы и органы чувств;

мозговая система, которая обрабатывает информацию от органов чувств и дающая указания мышцам.

Конечно, у нас есть ряд нематериальных атрибутов вроде интеллекта и морали, но на чисто физическом уровне список выше включает это. Роботы делаются из аналогичных компонентов. Обычный робот обладает подвижной физической структурой, электродвигателем определенного рода, системой сенсоров (датчиков, органов чувств), блоком питания и компьютерным «мозгом», который контролирует все эти элементы. По существу, роботы - это техногенные версии животной жизни. Это машины, которые копируют поведение людей и животных. Джозеф Энгельбергер, пионер промышленной робототехники, однажды заметил: «Я не могу дать определение роботу, но я точно узнаю его, когда увижу». Если вы задумаетесь обо всех возможных машинах, которые люди называют роботами, вы поймете, что невозможно придумать всеобъемлющее определение. У каждого есть свое представление о том, что представляют собой роботы. Вам наверняка известны эти роботы:

R2D2 и C-3PO: умные говорящие роботы с ярко выраженной индивидуальностью из фильмов серии «Звездные войны»

AIBO от Sony: собака-робот, которая обучается в процессе взаимодействия с людьми

ASIMO от Honda: робот, который может ходить на двух ногах

Промышленные роботы: автоматизированные машины, работающие на сборочных конвейерах

Дейта : почти человекоподобный андроид из «Звездного пути»

Роботы-саперы

Марсоходы NASA

HAL : бортовой компьютер из «Космической Одиссеи 2001 года» Стэнли Кубрика

MindStorm : популярный роботизированный комплект от LEGO

Все вышеперечисленное можно назвать роботами. Роботом, как правило, называется то, что люди считают роботом. Большинство робототехников (людей, которые делают роботов) использует более точное определение. Они указывают, что роботы обладают перепрограммируемым мозгом (компьютером), который движет тело. Согласно этому определению, роботы отличаются от других подвижных машин вроде автомобилей, поскольку у них есть компьютерный элемент. У большинства новых автомобилей есть бортовой компьютер, но в него можно внести не так много нового. Вы управляете большинством элементов в автомобиле непосредственно при помощи механических устройств разного рода. Роботы отличаются от обычных компьютеров по своей физической природе - у обычных компьютеров нет физического тела, они могут существовать и без него.

Основы роботов

У подавляющего большинства роботов действительно есть общие черты. Прежде всего, почти у всех роботов есть подвижное тело. Некоторые обладают только моторизованными колесами, у других есть десятки подвижных сегментов, как правило, из металла или пластика. Как кости в вашем теле, отдельные сегменты соединяются вместе с помощью суставов. Колеса робота и поворотные суставные сегменты активизируются при помощи приводов разного рода. Некоторые роботы используют электродвигатели и соленоиды в качестве актуаторов (приводов); некоторые используют гидравлическую систему; некоторые - пневматическую систему (на основе сжатых газов). Роботы могут использовать все эти типы приводов. Робот нуждается в источнике питания, чтобы управлять этими приводами. Большинство роботов либо оснащены батареей, либо работают от розетки. Гидравлическим роботам нужен насос для создания давления в гидравлической системе, а пневматическим роботам нужен воздушный компрессор или баллоны со сжатым воздухом. Все приводы подключаются к электрической цепи. Цепь напрямую питает электродвигатели и соленоиды, что активизирует гидравлическую систему при помощи электрических клапанов. Клапаны направляют сжатую жидкость через машину. Для перемещения гидравлической ноги, например, оператор робота должен открыть клапан, ведущий от жидкостного насоса к поршневому цилиндру, закрепленному на ноге. Жидкость под давлением будет двигать поршень, толкая ногу вперед. Чтобы двигать конечностями в обоих направлениях, роботы используют поршни, которые могут толкаться в обе стороны. Компьютер робота управляет всем, что подключено к цепи. Чтобы передвигать робота, компьютер активирует все необходимые двигатели и клапаны. Большинство роботов можно перепрограммировать, чтобы изменить поведение - достаточно просто ввести новую программу в компьютер. Не у всех роботов есть система сенсоров, и лишь некоторые обладают способностью видеть, слышать, чувствовать запах или вкус. Самая распространенная способность робота - способность ходить и наблюдать за своим перемещением. Стандартная конструкция использует колеса с щелью в суставах робота. Светодиод на одной стороне колеса пускает луч света через щель, чтобы подсветить датчик света на другой стороне колеса. Когда робот движет определенным суставом, колесо с щелью крутится. Щель разбивает луч света по мере вращения колеса. Световой датчик считывает поведение светового луча и передает данные на компьютер. Компьютер точно может сказать, как вращается сустав в определенной модели. По тому же принципу работает компьютерная мышь. Это основы робототехники. Робототехники могут комбинировать эти элементы в бесконечное число способов создания роботов неограниченной сложности.

Роботизированный манипулятор

Термин «робот» пришел к нам от чешского слова «robota», что означает буквально «принудительный труд». В принципе, это слово отлично описывает большинство роботов. Чаще всего роботы делают тяжелую работу, монотонно трудятся на производстве. Также они решают задачи, которые сложны, опасны или скучны для людей. Наиболее распространенный вид робота - это роботизированный манипулятор. Типичный манипулятор состоит из семи металлических сегментов, соединенных шестью суставами. Компьютер управляет роботом, вращая отдельные шаговые двигатели, подключенные к каждому суставу (некоторые крупные манипуляторы используют гидравлику или пневматику). В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели двигаются точными шажками. Это позволяет роботу перемещать руку очень точно, в точности повторяя одно и то же движение снова и снова. Робот использует датчики движения, чтобы убедиться, что совершает движения правильно. Промышленный робот с шестью суставами напоминает человеческую руку - у него есть подобия плечу, локтю и запястью. Как правило, плечо установлено на неподвижной базовой структуре, а не на подвижном теле. У такого типа робота есть шесть степеней свободы, то есть он может поворачиваться в шести разных направлениях. Для сравнения, человеческая рука имеет семь степеней свободы. Задача вашей руки - перемещаться с места на место. Аналогичным образом, задача манипулятора - перемещать концевой эффектор с места на место. Вы можете оснастить манипулятор разными концевыми эффекторами, предназначенными для конкретных задач. Один из распространенных эффекторов - упрощенная версия руки, которая может хватать и переносить разные объекты. Манипуляторы часто обладают встроенными датчиками давления, которые предписывают компьютеру, с какой силой захватывать конкретный объект. Это позволяет роботу не ломать все, что он хватает. Другие конечные эффекторы включают паяльные лампы, дрели и распылители порошка или краски. Промышленные роботы предназначены для того, чтобы делать одни и те же вещи, в контролируемой среде, снова и снова. Например, робот может закручивать колпачки на тюбиках с зубной пастой. Чтобы научить робота делать это, программист описывает порядок движения, используя ручной контроллер. Робот записывает последовательность движений в память и делает это снова и снова, когда новый продукт поступает на конвейер. Большинство промышленных роботов работает на конвейерах, собирая автомобили. Роботы делают это более эффективно, чем люди, поскольку более точны. Они всегда сверлят в одном и том же месте, затягивают болты с одной и той же силой, независимо от того, сколько часов проработали. Сборочные роботы также важны для компьютерной отрасли. Весьма сложно точно собрать крошечный микрочип силами человека.

Мобильные роботы

Манипуляторы весьма просто собрать и написать для них программу, поскольку они работают в ограниченном пространстве. Но все становится немного сложнее, если вы отправляете робота в мир. Первое препятствие заключается в том, чтобы дать роботу рабочую систему передвижения. Если робот будет двигаться только по гладкой земле, колеса или гусеницы будут лучшим вариантом. Колеса или гусеницы также могут работать на грубой земле, если будут достаточно большими. Но чаще всего робототехники задумываются о ногах, поскольку их легче адаптировать. Строительство роботов с ногами также помогает ученым понимать естественное движение - полезное упражнение для биологов. Как правило, гидравлические или пневматические поршни перемещают ноги робота вперед и назад. Поршни крепятся к разным сегментам ног так же, как мышцы крепятся к разным костям. Но заставить все эти поршни работать должным образом - сложная задача. Когда вы были ребенком, ваш мозг пытался выяснить, как нужно точно двигать мышцами, чтобы стоять на двух ногах и не падать. Аналогичным образом, конструктор робота должен определить правильную комбинацию поршневых движений, участвующих в ходьбе и запрограммировать эту информацию в компьютер робота. Многие мобильные роботы оснащены встроенной системой баланса (набором гироскопов, например), которая подсказывает компьютеру, когда нужно исправить движение. Прямохождение (ходьба на двух ногах) - довольно нестабильно, поэтому ему сложно научить роботов. Чтобы создать стабильного робота-ходока, конструкторы часто наблюдают за миром животных, особенно насекомых. Шестиногие насекомые обладают невероятно хорошим балансом и адаптируются к широкому набору местностей. Некоторые мобильные роботы управляются дистанционно - человек говорит им, что делать и когда. может осуществляться с помощью провода, радио или инфракрасных сигналов. Роботы с удаленным управлением часто называются кукольными роботами, и они полезны для работы в опасных или труднодоступных условиях - например, в глубокой воде или в жерле вулкана. Некоторые роботы управляются дистанционно лишь отчасти. Например, оператор может отправить робота в определенное место, а обратно робот уже сам найдет дорогу. Как видите, роботы чертовски похожи на нас.

Ежедневно в интернете появляется огромное количество новых материалов: создаются сайты, обновляются старые веб-страницы, загружаются фотографии и видеофайлы. Без невидимых поисковых роботов невозможно было бы найти во всемирной паутине ни один из этих документов. Альтернативы подобным роботизированным программам на данный момент времени не существует. Что такое поисковый робот, зачем он нужен и как функционируют?

Что такое поисковый робот

Поисковый робот сайтов (поисковых систем) - это автоматическая программа, которая способна посещать миллионы веб-страниц, быстро перемещаясь по интернету без вмешательства оператора. Боты постоянно сканируют пространство находят новые интернет-страницы и регулярно посещают уже проиндексированные. Другие названия поисковых роботов: пауки, краулеры, боты.

Зачем нужны поисковые роботы

Основная функция, которую выполняют поисковые роботы, - индексация веб-страниц, а также текстов, изображений, аудио- и видеофайлов, находящихся на них. Боты проверяют ссылки, зеркала сайтов (копии) и обновления. Роботы также осуществляют контроль HTML-кода на предмет соотвествия нормам Всемирной организации, которая разрабатывает и внедряет технологические стандарты для Всемирной паутины.

Что такое индексация и зачем она нужна

Индексация - это, собственно, и есть процесс посещения определенной веб-страницы поисковыми роботами. Программа сканирует тексты, размещенные на сайте, изображения, видео, исходящие ссылки, после чего страница появляется в результатах поиска. В некоторых случаях сайт не может быть просканирован автоматически, тогда он может быть добавлен в поисковую систему вручную веб-мастером. Как правило, это происходит при отсутствии на определенную (часто только недавно созданную) страницу.

Как работают поисковые роботы

Каждая поисковая система имеет собственного бота, при этом поисковый робот Google может значительно отличаться по механизму работы от аналогичной программы "Яндекса" или других систем.

В общих чертах принцип работы робота заключается в следующем: программа «приходит» на сайт по внешним ссылкам и, начиная с главной страницы, «читает» веб-ресурс (в том числе просматривая те служебные данные, которые не видит пользователь). Бот может как перемещаться между страницами одного сайта, так и переходить на другие.

Как программа выбирает, какой Чаще всего «путешествие» паука начинается с новостных сайтов или крупных ресурсов, каталогов и агрегаторов с большой ссылочной массой. Поисковый робот непрерывно сканирует страницы одну за другой, на скорость и последовательность индексации влияют следующие факторы:

• внутренние : перелиновка (внутренние ссылки между страницами одного и того же ресурса), размер сайта, правильность кода, удобство для пользователей и так далее;
• внешние : общий объем ссылочной массы, которая ведет на сайт.

Первым делом поисковый робот ищет на любом сайте файл robots.txt. Дальнейшая индексация ресурса проводится, основываясь на информации, полученной именно от этого документа. Файл содержит точные инструкции для "пауков", что позволяет повысить шансы посещения страницы поисковыми роботами, а следовательно, и добиться скорейшего попадания сайта в выдачу "Яндекса" или Google.

Программы-аналоги поисковых роботов

Часто понятие «поисковый робот» путают с интеллектуальными, пользовательскими или автономными агентами, "муравьями" или "червями". Значительные отличия имееются только по сравнению с агентами, другие определения обозначают схожие виды роботов.

Так, агенты могут быть:

• интеллектуальными : программы, которые перемещаются от сайта к сайту, самостоятельно решая, как поступать дальше; они мало распространены в интернете;
• автономными : такие агенты помогают пользователю в выборе продукта, поиске или заполнении форм, это так называемые фильтры, которые мало относятся к сетевым программам.;
• пользовательскими : программы способствуют взаимодействию пользователя со Всемирной паутиной, это браузеры (например, Opera, IE, Google Chrome, Firefox), мессенджеры (Viber, Telegram) или почтовые программы (MS Outlook или Qualcomm).

"Муравьи" и "черви" больше схожи с поисковыми "пауками". Первые образуют между собой сеть и слаженно взаимодействуют подобно настоящей муравьиной колонии, "черви" же способны самовоспроизводиться, в остальном действуют так же, как и стандартный поисковый робот.

Разновидности поисковых роботов

Различают множество разновидностей поисковых роботов. В зависимости от назначения программы они бывают:

• «Зеркальными» - просматривают дубликаты сайтов.
• Мобильными - нацелены на мобильные версии интернет-страниц.
• Быстродействующими - фиксируют новую информацию оперативно, просматривая последние обновления.
• Ссылочными - индексируют ссылки, подсчитывают их количество.
• Индексаторами различных типов контента - отдельных программ для текста, аудио- и видеозаписей, изображений.
• «Шпионскими» - ищут страницы, которые еще не отображаются в поисковой системе.
• «Дятлами» - периодически посещают сайты, чтобы проверить их актуальность и работоспособность.
• Национальными - просматривают веб-ресурсы, расположенные на доменах одной страны (например, .ru, .kz или.ua).
• Глобальными - индексируют все национальные сайты.

Роботы основных поисковых систем

Существуют также отдельные роботы поисковых систем. В теории их функциональность может значительно различаться, но на практике программы практически идентичны. Основные отличия индексации интернет-страниц роботами двух основных поисковых систем состоят в следующем:

• Строгость проверки. Считается, что механизм поискового робота "Яндекса" несколько строже оценивает сайт на соответствие стандартам Всемирной паутины.
• Сохранение целостности сайта. Поисковый робот Google индексирует сайт целиком (в том числе медиаконтент), "Яндекс" же может просматривать страницы выборочно.
• Скорость проверки новых страниц. Google добавляет новый ресурс в поисковую выдачу в течение нескольких дней, в случае с "Яндексом" процесс может растянуться на две недели и более.
• Частота переиндексации. Поисковый робот "Яндекса" проверяет наличие обновлений пару раз в неделю, а Google - один раз в 14 дней.

Интернет, конечно же, не ограничивается двумя поисковыми системами. Другие поисковики имеют своих роботов, которые следуют собственным параметрам индексации. Кроме того, существует несколько "пауков", которые разработаны не крупными поисковыми ресурсами, а отдельными командами или веб-мастерами.

Распространенные заблуждения

Вопреки распространенному мнению, "пауки" не обрабатывают полученную информацию. Программа только сканирует и сохраняет веб-страницы, а дальнейшей обработкой занимаются совершенно другие роботы.

Также многие пользователи считают, что поисковые роботы оказывают негативное воздействие и «вредны» интернету. Действительно, отдельные версии "пауков" могут значительно перегружать сервера. Имеет место и человеческий фактор - веб-мастер, который создавал программу, может допускать ошибки в настройках робота. Все же большинство действующих программ хорошо спроектированы и профессионально управляются, а любые возникающие неполадки оперативно устраняются.

Как управлять индексацией

Поисковые роботы являются автоматическими программами, но процесс индексации может частично контролироваться веб-мастером. В этом значительно помогает внешняя и ресурса. Кроме того, можно вручную добавить новый сайт в поисковую систему: крупные ресурсы имеют специальные формы регистрации веб-страниц.

Национальный фонд образовательной робототехники в 2015 году опросил руководителей высшего звена: 81% опрошенных отметили роботизацию главной причиной роста занятости. Во всем мире растет спрос на “интеллектуальные” фабрики и появляется потребность в роботах.

По данным интернет-издания Nearshore Americas, в 2017 году “умное” производство привнесет в мировую экономику около 500 миллиардов долларов. В опросе, проведенном технологической консалтинговой фирмой Capgemini, более половины респондентов заявили, что инвестировали 100 миллионов долларов или более в инициативы, связанные с “умными” заводами в течение последних пяти лет. В исследовании делается вывод о том, что к 2022 году по меньшей мере 21% производственных предприятий станут интеллектуальными.

Бюро статистики США (BLS) сообщает, что за последние 7 лет компании внедрили 136 748 роботов на производственные линии. BLS также определило, что в результате автоматизации было создано 894 000 новых рабочих мест. Авторы книги «Что делать, когда машины делают все» Малкольм Френк, Пол Рериг и Бен Принг предполагают схожую тенденцию: в течение следующих 10-15 лет 19 миллионов рабочих мест будут потеряны из-за автоматизации, но 19 миллионов новых рабочих мест будут созданы также благодаря автоматизации.

Короче говоря, для инженеров-робототехников прямо сейчас открываются новые возможности, а вместе с ними и новые горизонты в образовании и самообразовании.

Потенциал профессий, связанных с робототехникой

В апреле этого года Ассоциация по развитию автоматизации (A3) , в котором говорится, что 80% производителей сообщают о нехватке квалифицированных кадров, что станет причиной потери 11% годового дохода. Однако новые технологии автоматизации повышают производительность и помогают создавать более качественные продукты. А это в свою очередь позволяет предпринимателям развивать свой бизнес и увеличивать рабочие места.

В докладе A3 было отмечено, что роботы увеличивают производительность труда с той же скоростью, что и паровой двигатель: 0,35% в год. Amazon — отличный пример того, как роботы увеличивают рабочие места. В 2014 году на компанию Amazon Robotics работало 45 000 штатных сотрудников. А три года спустя это число удвоилось до 90 000.

Производства оснащают робототехникой, однако робот может автоматизировать задачи, но не полный процесс — управлять роботами в любом случае должны люди. Если количество машин на заводах увеличивается, то и число квалифицированных специалистов, необходимых для программирования, эксплуатации и обслуживания этих роботов, также будет расти.

Для студентов

Для молодого инженера, который хочет войти в робототехнику, есть ключевые области исследований, на которых следует сосредоточиться. Робототехника — это междисциплинарное направление, которое объединяет в себе несколько областей техники, включая машиностроение, компьютерное программирование и электротехнику.

В средней школе будущему инженеру-робототехнику необходимо глубоко изучить математику и физику. Эти базовые предметы составляют основу многих роботизированных курсов. Также уже в средней школе следует пройти курсы по программированию, дизайну и познакомиться с производственными станками.

На университетском уровне многие учебные заведения предлагают робототехнику в качестве самостоятельной области обучения. Выделяют три ключевых направления:

1. Тело (машиностроение). Инженер-механик отвечает за физическую систему: части роботов (например, двигатели и приводы). Меры безопасности и операционные протоколы также относятся к этой отрасли техники.
2. Нервная система (электротехника). Это электронная основа робота включает встроенные системы, низкоуровневое программирование схем, электрическое сопротивление и теорию управления.
3. Мозг (компьютерная инженерия). В этой группе основное внимание уделяется программному языку, а не аппаратным средствам, охватывающим такие темы, как искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение.

В России многие вузы готовят бакалавров по направлению “Мехатроника и робототехника”, а также по смежным дисциплинам. Вот некоторые из них:

• МГТУ им. Н.Э. Баумана
• ТПУ — Национальный исследовательский Томский политехнический университет
• ТГУ — Национальный исследовательский Томский государственный университет
• СПбГПУ — Санкт-Петербургский государственный политехнический университет
• УрФУ — Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
• СПбНИУ ИТМО — Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
• ДВФУ — Дальневосточный федеральный университет
• НИУ МЭИ — Национальный исследовательский университет «МЭИ»
• БГТУ им. В. Г. Шухова — Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова
• МГТУ СТАНКИН — Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Российские производители робототехники заинтересованы в качественном обучении будущих инженеров. Компания Promobot разработала несколько курсов по робототехнике для школьников. Сейчас компания развивает универсальную робототехническую платформу Promobot на базе собственной разработки Software Developer Kit (SDK). Платформа позволяет инженерам со всего мира писать для робота новые функциональные модули, обучать Promobot новым сценариям работы и настраивать его под потребности своего бизнеса. На базе Promobot SDK разрабатываются и внедряются образовательные программы для российских и зарубежных школ и технических вузов.

Для профессионалов

В последние годы многие роботостроительные компании создали собственные сертификационные программы для содействия обучению специалистов. Некоторые из них создали университеты и учебные программы на собственных роботизированных платформах.

Universal Robots является одним из основных продавцов роботов. Компания имеет собственную платформу обучения — Universal Robot Academy. Крупные производители роботов, такие как Kuka и FANUC, предлагают программы сертификации. Программа Kooka Official Robotics Education (KORE) предназначена для преподавания в средних школах, колледжах, университетах и профессионально-технических училищах.

Онлайн-курсы от таких компаний, как Bosch, Kuka, iRobot и Lockheed Martin, представлены платформой онлайн-обучения Udacity . Udacity — это новая онлайн-платформа обучения, цель которой — предоставить доступное образование в Интернете. Курсы созданы профессионалами в области образования и спонсируются крупными компаниями отрасли.

Одна из самых крупных платформ — EdX . Тут, например, можно прослушать курс от Колумбийского университета по робототехнике или курсы от MIT. Также существуют платформы в русскоязычными курсами, например, Coursera,

Будников Константин Андреевич

Цель работы – оценить вклад создания роботов, изучить устройство простого робота и условия, при которых он работает.

Задачи исследования:

Изучить литературу по теме «Роботы»;

Узнать об истории изобретения роботов;

Провести опыты по изучению работы роботов.

Методы:

- теоретический анализ различных источников информации;

Постановка опытов;

Обработка материалов эксперимента;

Наблюдение;

Проведя исследование, я сделал выводы, что роботы не способны заменить человека. Но они могут избавить людей от тяжелой и скучной работы.

Скачать:

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ДЛЯ ДЕТЕЙ ДОШКОЛЬНОГО И МЛАДШЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА – ДЕТСКИЙ САД №43

Городское соревнование юных исследователей «Шаг в будущее – Юниор»

Роботы. Как они устроены

Учебно - исследовательская работа

Исполнитель: Будников Константин Андреевич, ученик 4 – В класса МОУ НШ-ДС №43

Руководитель: Басманова

Елена Геннадьевна,

Учитель начальных классов МОУ НШ-ДС №43

Сургут, 2011

Введение…………………………………………………………………….3

1.1. История создания первых роботов ………………………………....4

1.2. Преимущества и недостатки изобретения роботов…….……...5

1. Виды роботов………………………………………………..………..6

1. Устройство роботов……………………………………………….7

Глава 2. Опытно – экспериментальное исследование ……….……..10

Заключение……………………………………………………………......11

Список источников……………………………………………… …….12

Введение

Процесс научных открытий -

Это, в сущности,

непрерывное бегство от чудес.

Цель работы – оценить вклад создания роботов, изучить устройство простого робота и условия, при которых он работает.

Задачи исследования:

Изучить литературу по теме «Роботы»;

Узнать об истории изобретения роботов;

Провести опыты по изучению работы роботов.

Методы:

- теоретический анализ различных источников информации;

Постановка опытов;

Обработка материалов эксперимента;

Наблюдение;

Анализ.

Для проведения исследований мы использовали одну микросхему драйвера моторов и два фотоэлемента.

Глава 1. Роботы: история создания, использование человеком

1.1. История создания роботов

Ро́бот - аппарат, способный самостоятельно взаимодействовать с внешним миром и обладающий искусственным интеллектом или его зачатками. Обычно представляется в виде механического человека, реже предполагается колёсный робот или неантропоморфный. Часто роботами в рекламных целях или по незнанию называют автоматы и удалённо управляемые людьми устройства. Человекоподобный робот зовётся андроидом.

Слово «робот» было придумано чешским писателем Карелом Чапеком и его братом Йозефом и впервые использовано в пьесе Чапека « Р. У. Р. » («Россумские универсальные роботы», ). До появления промышленных роботов считалось, что роботы должны выглядеть подобно людям.

Идея искусственных созданий впервые упоминается в древнегреческом мифе о Кадме, который, убив дракона, разбросал его зубы по земле и запахал их, из зубов выросли солдаты, и в другом древнегреческом мифе о Пигмалионе , который вдохнул жизнь в созданную им статую - Галатею.

Самый древний в истории механический человек был сделан в 1540 году итальянцем Джанелло Делла Торре. Для развлечения императора Карла V он смастерил лютнистку, которая умела ходить и извлекала из своего инструмента звуки. Спустя два века швейцарский часовщик Пьер Жакке- Дроз продолжил работу начатую Делла Торре. Он конструировал красивейшие автоматы, которые функционировали за счет пружинного механизма, похожего на часовой.

Активное производство роботов началось в 1970-е годы. Прежде всего, они стали использоваться в производстве, для выполнения однообразных (и часто опасных) операций. Больше всего промышленных роботов используется в автомобильной промышленности, где они работают на штамповочных и сварочных участках, в покрасочных камерах, на сборке. Разумеется, роботы не могли сразу заменить людей в промышленности, но доля человеческого труда в производстве с тех пор неуклонно сокращается. Полностью автоматизированные фабрики, такие как фабрика IBM для сборки клавиатур в Техасе, называются "фабрики без освещения". Люди там уже не нужны: абсолютно всё производство, от момента выгрузки материалов и до получения готовой продукции у погрузочных ворот, полностью роботизировано и может работать круглосуточно и без выходных.

1.2 Преимущества и недостатки изобретения роботов

Роботы обладают следующими потенциальными преимуществами перед людьми:

1. теоретическая бессмертность - если какая-то деталь робота изнашивается, её легко заменить новой;
2. потенциальная приспособленность к любым условиям обитания, где материалы, из которых сделан робот, будут находиться в стабильном состоянии;
3. легкость получения новых особей - можно собирать промышленным способом;
4. легкость обучения - достаточно скопировать программу другого робота в нового робота;
5. робота можно отключить, если он не нужен, и хранить в таком виде.

Однако пока у роботов по сравнению с людьми более проявляются недостатки:

1. изготовление более-менее универсального и надёжного робота обходится слишком дорого;
2. настоящий искусственный интеллект не создан.

Очевидно, вследствие технического прогресса цена робота, выполняющего один и тот же набор функций, должна снижаться. Поэтому следует ожидать исчезновения первого указанного недостатка со временем. Второй же недостаток - отсутствие искусственного интеллекта - вполне может оказаться непреодолимым хотя бы потому, что мы не знаем, как работает интеллект естественный, и не факт, что когда-либо узнаем.

1.3. Виды роботов

Промышленные роботы

Появление станков с числовым программным управлением (ЧПУ ) привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Бытовые роботы

Одним из первых примеров удачной массовой промышленной реализации бытовых роботов стала механическая собачка AIBO корпорации Sony . В сентябре в свободную продажу впервые поступили первые человекообразные роботы « Вакамару » производства фирмы Mitsubishi . Робот стоимостью $15 тыс. способен узнавать лица, понимать некоторые фразы, давать справки, выполнять некоторые секретарские функции, следить за помещением. Всё большую популярность набирают роботы-уборщики, по своей сути - автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

По всей видимости, оружие, используемое сегодня, понемногу теряет эффективность и актуальность в борьбе с врагом. Или же оно не настолько универсально и функционально, если ученые не перестают искать оружие, поражающее воображение тонкостью, миниатюрными размерами и смертельной опасностью. Израильские ученые взялись за разработку проекта, предусматривающего с помощью нанотехнологий создать роботов по размерам меньше обычной осы, которые будут способны выследить, сфотографировать и убить жертву. Также, применение нанотехнологий позволит сделать процесс слежки и атаки вражеских объектов более скрытным и опасным.

Роботы-учёные

Первые роботы-учёные Адам и Ева были созданы в рамках проекта Robot Scientist университета Аберистуита и в 2009 году одним из них было совершено первое научное открытие.

Роботы 1-го поколения были большими механическими «рабочими», предназначенными для тяжелой промышленности. Но потом, благодаря развитию и совершенствованию технологии, родилась новая серия роботов, более умелых и в то же время более похожих на тех, которых придумали за долго до этого литератора и кинематографисты. Это – так называемые «антропоморфные», то есть похожие на человека, роботы, которые делают то, на что не способны промышленные механизмы. Можно привести несколько примеров: они ходят, звонят по телефону и даже играют в настольный теннис.

Роботы игрушки

Многие крупные фирмы, специализирующиеся на производстве игрушек, работают над ними и уже представили общественности эти разработки. Среди роботов «сделай сам» – управляемый дистанционно футболист, робот-паук, который замечает препятствия, и другой, двигающийся под воздействием изменения освещения. Самый большой называется 65 230 , состоит из 400 деталей и снабжен 5 электродвигателями.

1.4. Устройство роботов

Так как же устроен робот? Что помогает ему двигаться? Их каких деталей он состоит?

Роботам требуются портативные аккумуляторы чрезвычайно высокой ёмкости, характеристики которых превосходят имеющиеся на рынке образцы. Проблемы адекватного энергообеспечения роботов не решены до сих пор. Решением могут стать атомные установки и , которые используются на космических зондах для дальних перелётов, с такими аккумулятором робот сможет работать 50-100 лет без зарядки

Также необходимы роботу двигатели. В наше время в качестве двигателей часто используются шаговые электродвигатели и сервоприводы .

Существуют разработки двигателей, не использующих в своей конструкции моторов: например, технология сокращения материала под действием электрического тока (или поля) которая позволяет добиться более точного соответствия движения робота натуральным плавным движениям живых существ.

Внешний вид

В Японии не прекращаются разработки роботов, имеющих внешний вид, на первый взгляд неотличимый от человеческого. Развивается техника имитации эмоций и мимики «лица» роботов.

В июне 2009 года ученые Токийского университета представили человекоподобного робота «KOBIAN», способного выражать свои эмоции - счастье, страх, удивление, грусть, гнев, отвращение - с помощью жестов и мимики. Робот способен открывать и закрывать глаза, двигать губами и бровями, использовать руки и ноги.

Система передвижения

Советский Луноход-1

Для передвижения по открытой местности чаще всего используют колёсную или гусеничную, реже - шагающую систему передвижения роботов. Это самые универсальные виды систем перемещения.

Робот на гусеничном ходу

Для неровных поверхностей создаются гибридные конструкции, сочетающие колёсный или гусеничный ход со сложной кинематикой движения колёс. Такая конструкция была применена в луноходе .

Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельсов , по напольной колее и т. д. Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы, аналогичные «шагающим» конструкциям, но с вакуумными присосками.

Робот « BigDog » (внешне похожий на кентавра и разработанный для помощи в переноске грузов), демонстрирует достаточно эффективную походку на четырех ногах, включая удержание равновесия после бокового неожиданного воздействия (пинка).

Известный робот Asimo ходит на двух конечностях, подобно человеку. Так же известны роботы, подражающие движениям живых организмов.

Технология подзарядки

Разработаны технологии, позволяющие роботам самостоятельно осуществлять подзарядку, находя и подсоединяясь к стационарной зарядной станции.

Математическая база

Помимо уже широко применяющихся нейросетевых технологий, существуют алгоритмы самообучения взаимодействию робота с окружающими предметами в реальном трехмерном мире: робот-собака Aibo (использованный как механическое устройство) под управлением таких алгоритмов прошел те же стадии обучения, что и новорожденный младенец - самостоятельно научившись координировать движения своих конечностей и взаимодействовать с окружающими предметами. Это дает ещё один пример математического понимания алгоритмов работы высшей нервной деятельности человека.

Глава 2. Опытно – экспериментальное исследование создания робота

Я попробовал сделать робота. Использовал одну микросхему драйвера моторов и два фотоэлемента. В зависимости от способа соединения моторов, микросхемы и фотоэлементов мой робот будет двигаться на свет или, наоборот, прятаться в темноту, бежать вперед в поисках света или пятиться, как крот, назад.

Принцип поведения робота основывается на "фоторецепции". В живой природе, которой будет подражать наш робот, фоторецепция - одно из основных фотобиологических явлений, в котором свет выступает как источник информации.
Устройство робота, двигающегося вперед, когда на него падает луч света, и останавливающегося, когда свет перестает его освещать - называется фотокинезисом - ненаправленным увеличением или уменьшением подвижности в ответ на изменения уровня освещённости.
В устройстве робота, кроме микросхемы драйвера моторов L293D , будет использоваться только один фотоэлемент и один электромотор. В качестве фотоэлемента можно применить не только фототранзистор.

Заключение

Проведя исследование, я сделал выводы, что роботы не способны заменить человека. Но они могут избавить людей от тяжелой и скучной работы.

Список источников

1. Космонавтика. Малая энциклопедия. Гл. редактор В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1970. 527c.

2. Энциклопедия Космонавтика. Гл. ред. В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1985. 526c.

3. Дитрих А.К. Почемучка. – М.:АСТ, 2004, 335с.

4. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов.- М.:Эксмо, 2002, 512с.

5. Я познаю мир: Детская энциклопедия.: Изобретения._ М.: АСТ, 1999, 512с.

6. Я познаю мир: Детская энциклопедия: История вещей. – М.:АСТ, 1998, 512с. Слайд 2

Задачи исследования: - изучить литературу по теме «Роботы»; - узнать об истории изобретения роботов; - провести опыты по изучению работы роботов. Методы: - теоретический анализ различных источников информации; - постановка опытов; - обработка материалов эксперимента; - наблюдение; - анализ.

Ро́бот - аппарат, способный самостоятельно взаимодействовать с внешним миром и обладающий искусственным интеллектом или его зачатками.

Кто первый создал механического человека? 1540 год - итальянец Джанелло Делла Торре

Промышленные роботы

Бытовые роботы

Военные роботы

Для передвижения используют колёсную или гусеничную, реже - шагающую систему передвижения роботов.

ТЕХНОЛОГИЯ ПОДЗАРЯДКИ

ВЫВОД: Проведя исследование, я сделал выводы, что роботы не способны заменить человека. Но они могут избавить людей от тяжелой и скучной работы.

Список источников 1. Космонавтика. Малая энциклопедия. Гл. редактор В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1970. 527c. 2. Энциклопедия Космонавтика. Гл. ред. В. П. Глушко. М.: Советская энциклопедия, 1985. 526c. 3. Дитрих А.К. Почемучка. – М.:АСТ, 2004, 335с. 4. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов.- М.:Эксмо, 2002, 512с. 5. Я познаю мир: Детская энциклопедия.: Изобретения._ М.: АСТ, 1999, 512с. 6. Я познаю мир: Детская энциклопедия: История вещей. – М.:АСТ, 1998, 512с. 7. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика\Сост. А.А. Леонович. – М.:АСТ, 1996, 480 с. 8. http://www.e-blog.com.ua/8854/

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Слово робот происходит от чешского слова «робота», что означает «каторжный труд» или «работа». Сегодня мы используем слово «робот», чтобы обозначить любую искусственную машину, которая может выполнять работу или иные действия, обычно выполняемые людьми, либо автоматически, либо с помощью дистанционного управления.

Что делают роботы?

Представьте себе, если ваша работа состоит в том, чтобы закручивать один винт на тостере. И вы делаете это снова и снова, день за днем, в течение нескольких недель, месяцев или лет. Такая работа лучше подходит роботами, чем людям. Большинство роботов сегодня используются для выполнения повторяющихся действий или работ, которые считаются слишком опасными для человека. Например, робот идеально подходит для разминирования бомб. Роботы также используются на заводах, чтобы производить такие вещи, как автомобили, конфеты и электронику. Роботы в настоящее время используются в медицине, в военной технике, для обнаружения объектов под водой, или для исследования других планет и т.д. Роботизированные технологии помогли людям, потерявшим руки или ноги. Роботы являются отличным помощниками всего человечества.

Зачем использовать роботов?

Причина использования роботов достаточно проста и понятна. Дело в том, что использовать роботов часто бывает дешевле, чем людей. Для роботов проще оборудовать рабочие места, а иногда внедрение роботов является единственным возможным способом решения некоторых задач. Роботы могут исследовать изнутри топливные резервуары, вулканы, путешествовать по поверхности Марса или в других местах, слишком опасных для людей. Роботы могут делать одно и то же снова и снова, и им не станет скучно. Они могут сверлить стены, варить трубы, красить машины, обращаться с токсичными веществами. А в некоторых ситуациях роботы намного более точны и могут сократить издержки производства из-за человеческих ошибок. Роботы никогда не болеют, им не нужно спать, они не нуждаются в пище, обходятся без выходных и, что лучше всего, они никогда не жалуются!

Из чего состоят роботы?

Роботы могут быть сделаны из различных материалов: металл, пластмасса и многое другое. Большинство роботов состоят из 3-х основных частей:

1. Контроллер или «мозг» робота, работающий с помощью компьютерной программы. Здесь хранятся алгоритмы, с помощью которых робот выполняет различные манипуляции.
2. Механические части: двигатели, поршни, механизмы захвата, колеса и шестеренки, благодаря которым робот способен двигаться, перемещать предметы, поворачиваться и т.д.
3. Датчики преобразует полученную информацию в удобную форму для дальнейшей передачи. Датчики позволяют роботу ориентироваться на местности, определить размеры, форму, расстояние между объектами, направление и другие характеристики и свойства веществ. Часто на роботы устанавливают датчики давления, которые могут определять величину давления, необходимую для того, чтобы схватить предмет не повреждая его.

Искусственный интеллект

Изначально искусственный интеллект разрабатывался с целью воссоздания человеческого разума, однако в настоящее время большое количество исследований сфокусировано на так называемом . Принципы роевого интеллекта могут быть использованы, например, при создании нанороботов.

Изначально искусственный интеллект разрабатывался с целью воссоздания человеческого разума, однако в настоящее время большое количество исследований сфокусировано на так называемом роевом интеллекте - особом типе разума, который проявляется в совместной деятельности насекомых или в работе большого числа простых роботизированных механизмов. Принципы роевого интеллекта могут быть использованы, например, при создании нанороботов.

Ограничения роботов

К сожалению, роботы не могут, как в кино, думать или принимать решения. Роботы - это машины с запрограммированными движениями, которые позволяют им перемещаться в определенных направлениях с заданной последовательностью действий. ИИ позволяет роботам обрабатывать полученную информацию и даже обучаться. Но они все еще имеют существенные ограничения, так как способны понимать лишь определенные типы информации, и выполнять лишь ограниченный набор функций, заложенный в них при создании.