Предыстория робототехники. 20 век.

• Робот “ Electro ” – был создан корпорацией WestinghouseElectric в Мэнсфилде, штат Огайо в период между 1937 и 1939 годами. Это был робот гуманоид, высотой 2.1 м, весом 120.2 кг. Он мог ходить с помощью голосовой команды, произносить около 700 слов, курить сигареты, взрывать воздушные шары, и двигать головой и руками. Его фотоэлектрические "глаза" могли отличать красный и зеленый свет. Впервые он был представлен на Всемирной Выставке Нью-Йорке в 1939. В 1940 году он выставлялся там же, но уже в паре со " Sparko ", роботом-собакой, который мог лаять, сидеть и простить.

• 27 МАРТА 1981 ГОДА новости радио CBS процитировали ученого, работающего в NASA, который сказал, что инженеры через 20 лет будут способны строить самовоспроизводящихся роботов для использования в космосе или на Земле. Эти машины строили бы копии себя, и копиям можно было бы делать предписания создавать полезные продукты. У него не было сомнений в их возможности, только в том, когда они будут построены.

• В 1951 Джон фон Нейман выделил принципы самокопирующихся машин, ученые в целом подтверждали их правильность.

• В 1953 году Ватсон и Крик описали структуру ДНК, которая показала, как живые объекты передают информацию, руководящую их “постройкой”.

 

2. Встраиваемые системы (Embeded Systems).

Встраиваемая система (встроенная система, англ. embeddedsystem) - специализированная микропроцессорная система управления, концепция разработки которой заключается в том, что такая система будет работать, будучи встроенной непосредственно в устройство (систему), которым она управляет.

Встроенные системы в основном непосредственно взаимодействуют с другими техническими системами автономно, без участия человека.

Типичные области применения встроенных систем:

• транспортные средства;

• авиация;

• медицинское оборудование;

• средства автоматического регулирования и управления техпроцессами и др.;

• транспорт (управление движением);

• логистика;

• энергоснабжение;

• станки с ЧПУ;

• банкоматы, платёжные терминалы;

• телекоммуникационное оборудование;

• бытовая техника и др.^1,2

В последние годы количество встроенных систем в этих и других областях резко возросло, можно утверждать, что встроенные системы стали движущей силой для инноваций в секторах, упомянутых выше.

В настоящее время более 95% всех выпускаемых мировой промышленностью микропроцессоров используются именно во встраиваемых системах.

¹ http://www.cs.uni-kl.de/en/studium/studiengaenge/bm-ai/ai-es/

²http://www.bachelorstudies.com/B.Sc.-Mobile-and-Embedded-Systems/Germany/Passau/

Встроенные системы часто осуществляют мониторинг, контроль и оптимизацию задач в критичных с точки зрения безопасности и надёжности системах.

 

К встраиваемым системам часто предъявляются следующие основные требования: 

• низкое потребление энергии;

• высокая вычислительная мощность;

• способность работать в режиме реального времени;

• высокая надёжность;

• использование продвинутых алгоритмов с элементами искусственного интеллекта,

• при этом такие системы, как правило, имеют небольшой размер.

 

Встраиваемые системы и комплексы на их основе требуют разработки (использования) специального оборудования и специального программного обеспечения.

По этой причине для разработки встраиваемых систем ключевыми являются знания в области микроэлектроники, проектировании аппаратных средств, архитектуры используемых процессоров и разработки специализированного управляющего программного обеспечения.

 

В настоящее время роботехника является одним из наиболее актуальных направлений развития и использования встраиваемых систем.

Современная робототехническая система состоит из встроенной системы (управляющей системы) и сопряжённой с ней мехатронной системы (управляемая система). Системы такого рода часто называют сегодня “Киберфизические системы”.

Встраиваемые системы имеют огромный потенциал для инноваций и имеют большой экономический вес: в настоящее время емкость только немецкого рынка в области выстаиваемых систем составляет около 19 миллиардов евро в год, 3 миллиона высокотехнологичных рабочих мест прямо или косвенно зависят от этого сегмента².

Несмотря на все это, бизнес в вышеуказанных секторах сталкиваются с нехваткой специалистов в данной области – главным образом это связано с тем, что даже в такой развитой стране как ФРГ, лишь несколько университетов предлагают программы подготовки специалистов в данной области по программам B.Sc и M.Sc.

 

В качестве примеров можно привести:

• Фрайбургский университет (https://www.tf.uni-freiburg.de/studies/degree_programmes/bachelor/bsc_ese.html?set_language=en)

• Технологический университет Кайзерслаутерна (http://www.cs.uni-kl.de/en/studium/studiengaenge/bm-ai/ai-es/)

• Университет Пассау (http://www.bachelorstudies.com/B.Sc.-Mobile-and-Embedded-Systems/Germany/Passau/)

 

²http://www.bachelorstudies.com/B.Sc.-Mobile-and-Embedded-Systems/Germany/Passau/

 

 

3. Современные роботы и робототехнические системы (комплексы).

Современные роботы и робототехнические системы:

• Встроенная система (управляющая система).

• Мехатронная система (управляемая система).

Общие принципыи тенденции:

• Универсальность.

• Модульность.

• “Интеллектуальность”.

• Многообразие форм.

Условное разделение на:

• Промышленные

• Остальные

 

Робототехника в медицине.

Роботизированная хирургия начала развиваться в 1980-х годах. Одним из первых автоматических аппаратов в хирургии была «daVinci» (англ. daVinciSurgicalSystem) - робот-ассистированная хирургическая система «daVinci», аппарат для проведения хирургических операций.

 

Рабочий прототип был разработан в конце 1980-х годов в рамках контракта с армией США. На 2010 год построено более 1000 таких аппаратов.

Производится серийно компанией IntuitiveSurgical. Установлен в нескольких сотнях клиник по всему миру. Состоит из двух блоков, один предназначен для оператора, а второй - четырёхрукий автомат - выполняет роль хирурга. Масса аппарата ~500кг.

Врач садится за пульт, который даёт возможность видеть оперируемый участок в 3D с многократным увеличением и использует специальные джойстики, чтобы управлять инструментами.

В России установлено двадцать хирургических систем «daVinci» (в Москве, Санкт-Петербурге, Ханты-Мансийске, Екатеринбурге, Новосибирске и на о. Русский).

в Университете Джонса Хопкинса в лаборатории прикладной физики (APL) летом 2014 года впервые в истории проведён эксперимент по полному двустороннему протезированию рук человека.

В результате эксперимента мужчина из Колорадо, LesBaugh, потерявший обе руки в результате поражения электрическим током 40 лет назад, получил возможность управлять работой искусственных конечностей силой мысли, выполняя различные задачи в течение короткого периода подготовки.

 

 

Военная робототехника.