Совсем недавно все думали, что верные помощники человека, рукотворные роботы — всего лишь очередная выдумка фантастов. Их производство казалось невозможным. Сегодня же они просто заполнили мир! Что такое робототехника? Это наука о создании роботов и программного обеспечения для них, и она развивается семимильными шагами. Новые модели механических помощников появляются ежегодно, совершенствуясь и требуя меньше обслуживания, чем раньше. Роботы очень востребованы, ведь они не устают и не болеют, всегда внимательны и эффективны, могут работать в опасных условиях без вреда для себя, а встроенный искусственный интеллект делает их весьма умными. Без них современный мир был бы совсем другим.
Основные направления
Искусственные труженики помогают нам во всех сферах жизни. Где применяют роботов?
- В промышленности. Автоматизация производства давно никого не удивляет, а ведь ее получилось достигнуть лишь при помощи роботов. Аппараты собирают различные устройства самостоятельно и практически без контроля человека. Впрочем, существуют и роботы, которые выполняют вместо людей сверхточные манипуляции — например, гравируют лазером или печатают детали на огромных промышленных 3D-принтерах.
- В медицине. Робототехника уже достигла определенных успехов в этой области. Современные протезы — настоящее чудо техники, целая система механизмов, способная функционировать совсем как настоящие конечности. Миниатюрные устройства, например, кардиостимуляторы, поддерживают организм изнутри. Ведутся разработки роботов, способных извлекать из тел забытые при хирургическом вмешательстве инструменты и просто посторонние предметы.
- В космосе! Знаменитые марсоходы и луноходы — роботы особой конструкции. Исследовательские летательные аппараты вроде «Кассини» и «Вояджера» тоже относятся к этой группе техники. Роботы помогают людям в космических станциях, ремонтируют ее поверхность снаружи и выполняют много других важных функций.
- В военных целях. Беспилотники, крылатые ракеты, комплексы вроде SWORDS и Crusher объединяет одно: все они являются роботами. Военные машины используются в разных целях; обычно они не уничтожают противника, а занимаются разведкой, мелкими диверсиями и контролем территории, а также обеспечивают связь.
- В целях пожарной безопасности. Сегодня существуют разные модели роботов-пожарных, и их работа — тушить пожары на взрывоопасных объектах. Когда такое здание охвачено огнем, человеку слишком опасно находиться поблизости, а тушить пламя надо. Аппараты решают эту проблему.
- В транспорте. Современный самолет — фактически робот, отчасти способный перемещаться самостоятельно. На дорогах их аналоги тоже появляются — уже существуют машины со встроенным автопилотом. Пока они требуют контроля человека, но роль водителя в управлении постепенно снижается.
- В сельском хозяйстве. Роботы ухаживают за культурными растениями и упрощают их выращивание. Двойной урожай — веская причина использовать современную технику.
- В быту. Устройства умеют пылесосить, мыть пол и окна и даже помогают готовить. Комбайн, например, просто многофункциональная кухонная система, хотя в нем и есть программируемый компьютер. Кухонный робот — более сложное устройство.
- В сфере обслуживания. Андроид, который встречает гостей или проводит экскурсии — экзотика. Очаровательные роботы привлекают тысячи туристов.
- В образовании. Занимаясь робототехникой, ребенок учит много полезного и в целом становится сообразительнее.
Автоматические помощники часто предназначены для общения. Это своеобразные интерактивные игрушки, которые не просто развеивают скуку, а реально спасают человека от одиночества. Они становятся компаньонами, питомцами и сиделками, и это лишь первый шаг! Новые сферы применения робототехники появляются постоянно.
Типы и функции роботов
Существует несколько классификаций программируемых аппаратов. По типу механической части они делятся на три вида.
- Манипуляторы — устройства, принципом работы напоминающие дополнительные руки разной степени специализированности. Они способны выполнять высокоточные задачи и действовать в опасных зонах, например, рядом с раскаленным тиглем. Механизмы этого вида — главные элементы автоматизированных конвейеров.
- Мобильные платформы. Большая группа роботов разных систем, способных передвигаться.
- Мобильные манипуляторы. Совмещают особенности двух предыдущих типов. К этому классу относятся знаменитые андроиды — роботы, внешне напоминающие человека. Устройства этого вида чаще встречаются в сфере обслуживания, у них обычно продвинутый искусственный интеллект и встроенная схема распознавания эмоций.
По типу платформы мобильные аппараты делятся на восемь разновидностей.
- Колесные. Ранее практически всегда были на четырех колесах, сегодня преобладают двухколесные роботы. Мобильность и маневренность у них выше, а современные технологии сделали их даже более устойчивыми, чем «старшие братья».
- Шароботы, производство которых началось совсем недавно. Крайняя степень развития идеи колесного аппарата — робот, который движется благодаря вращающемуся во все стороны шару. Когда надо застыть на месте, он пребывает в динамическом равновесии, то есть постоянно совершает небольшие движения. Это делает его устойчивым к внешнему воздействию — толкать бесполезно, робот не упадет.
- Гусеничные. Механизмы медлительные по сравнению с колесными и плохо передвигаются по гладким поверхностям, зато на пересеченной местности им нет равных.
- Шагающие. Роботы перемещаются почти как люди — правда, делают это только на ровном полу, хотя некоторые уже умеют подниматься по лестнице. К этому типу относятся не только похожие на человека андроиды, но и всевозможные роботизированные звери — собаки, гепарды. В целом шагающие аппараты только развиваются: механика ходьбы еще далека от совершенства.
- Летательные. Устройства используют разные системы: одни держатся в воздухе как самолеты, другие как вертолеты, третьи как насекомые, четвертые как медузы или скаты в воде.
- Ползающие. Роботы даже внешне напоминают змей и передвигаются, характерно извиваясь.
- Перемещающиеся по вертикальным поверхностям. Обычно такие роботы используют принцип микроприсосок и этим напоминают гекконов, но есть и другие варианты.
- Плавающие. В основном движения этих роботов имитируют поведение рыб. Это на 80% эффективнее, чем винтовое плавание. Рыбоподобные роботы двигаются намного тише и маневреннее.
Существует три разных принципа управления:
- биотехнический — при помощи рычагов, кнопок, отвечая на движения оператора;
- автоматический — программируемые заранее и адаптирующиеся под текущие задачи;
- интерактивный — в формате диалога с пользователем.
Перечислить все классы роботов по их применению невозможно, их слишком много. Строительные, промышленные, транспортные, боевые, бытовые — сколько применений, столько и разновидностей устройств.
Технологии в робототехнике
Роботы постоянно совершенствуются, а это невозможно без внедрения разных технологий. Как заставить устройство выполнять нужные задачи? Можно запрограммировать его, а можно воспользоваться принципом машинного обучения. Это не четкая схема действий, а целая система готовых решений, на примере которой машина понимает, что делать в той или иной ситуации. Самобучающиеся роботы легко адаптируются к меняющимся обстоятельствам и достаточно универсальны.
Другая важная технология — искусственный интеллект. Это решение на стыке с машинным обучением, встроенный компьютер, который предпринимает по ситуации ряд заданных действий. В робототехнике активно используют принцип нейросетей — своеобразную разветвленную программу, которая управляет поведением отдельных устройств.
Интересные технологии встречаются не только в программной части. Существуют, например, мягкие роботы. В отличие от моделей в жестких корпусах они очень гибкие, а это нашло применение в спасательных работах и медицине.
Большое достижение с точки зрения робототехники — прыгающие аппараты. Шагающие устройства раньше передвигались очень медленно. Сегодня существуют роботы, способные прыгать и даже делать сальто, а также достаточно быстро бегать. Механические специалисты по паркуру пока развиваются, но они очень перспективны: их работа — спасать людей в чрезвычайных ситуациях.
Будущее робототехники
Важно понимать, что робототехника — это наука практическая. Она развивается с огромной скоростью, постоянно появляются новые интересные модели роботов и необычные технологии. Имеет значение не только совершенствование, но и распространенность аппаратов. Эксперты по всему миру предсказывают, что механические помощники станут для человека будущего обычным делом. Автоматизация затронет все области производства, проникнет в разные типы промышленности, коснется научных изысканий.
Не знающие отдыха роботы — это и плюс, и минус. Для работодателей они крайне выгодны, хотя и кажутся на первый взгляд очень дорогими. Обычные люди могут потерять из-за них рабочие места, что однозначно плохо. Сокращение штата — обычное последствие автоматизации.
Вернемся к развитию. Сейчас перед робототехникой стоит несколько глобальных задач.
- Нанороботы. Создание столь крошечных устройств — настоящий вызов для ученых. Сложнее всего уместить в таком маленьком корпусе интеллектуальное ядро и написать программы для него. Разработки активно ведутся, действующие модели уже выпускаются. Перспективы в области медицины просто огромные! Крошечные роботы смогут быстро и безопасно доставлять лекарства, лечить разные болезни, вырезать опухоли.
- Правдоподобная имитация лица человека. Существующие роботы-компаньоны пока далеки от идеала. Лица кажутся человеческими, но из-за мелких несовпадений, которые фиксирует наше подсознание, наступает эффект зловещей долины. Роботы кажутся одновременно похожими на людей и совершенно чуждыми. Правдоподобную мимику очень сложно воспроизвести, но ученые над этим работают.
- Создание полноценных шагающих роботов-манипуляторов. Аппараты-паркурщики — лишь первый шаг. Перед учеными стоит глобальная задача — создать андроида, который будет двигаться как человек. Самое сложное — подвижность и соблюдение баланса. Сегодня искусственные помощники не слишком гибкие, у них плохая растяжка, ходят они в основном шаркающей походкой, а мелкая моторика еще требует доработки.
- Создание искусственного человека. Сверхсложная задача на стыке программирования и робототехники. Полноценный синтетический разум воспроизвести пока не удалось, только искусственный интеллект, но многие считают, что это вопрос времени. Однажды наука может создать целую новую расу — друзей и помощников людей, которые будут сопровождать человечество в нашем путешествии по Вселенной.
Гибкие, жидкие, крошечные, летающие роботы — бесспорные технические достижения, но развиваться есть куда. У робототехники мощнейший потенциал, и реализовать его в полной мере мешает лишь недостаток специалистов.
Обучение и профессии
Робототехник — профессия востребованная, но пока редкая и очень сложная. Немногие ВУЗы учат на нее, а конкурс высокий, так что даже на платное место тяжело попасть. Впрочем, сегодня существуют и альтернативы: кружки робототехники в школе, онлайн-курсы. Они не дадут полноценного образования, но заложат систему и упростят дальнейшее самостоятельное обучение.
Представители этой профессии должны отлично разбираться в:
- теоретической и прикладной математике, линейной алгебре, геометрии, стереометрии;
- физике;
- теории вероятностей и статистике;
- программировании, причем конструкторы должны знать языки программирования разных уровней;
- структуре данных и алгоритмах;
- системах управления;
- механике;
- электронике.
Специалисту по робототехнике требуется довольно неожиданный навык — менеджмент. Конструктор — всегда хороший управленец, он должен отлично разбираться во множестве дисциплин и уметь совмещать принципиально разные вещи. Без базовых навыков менеджмента это практически невозможно.
Какие soft skills нужны тем, кого интересуют разные отрасли робототехники?
- Системное мышление. Специалистам приходится работать на стыке нескольких наук, применять знания из смежных областей. Сам робот — сложная система, в которой все должно быть идеально.
- Аналитическое мышление. Разработчикам роботов часто приходится самостоятельно создавать программы и проекты, принимать сложные решения. Они должны анализировать каждый доступный вариант и понимать, какой путь развития лучше.
- Интерес к учебе. Робототехника ставит нетривиальные задачи, а для их решения нужны специфические знания. Специалисты по созданию умных машин постоянно учатся, и способность поглощать огромные объемы информации для них практически обязательна.
- Коммуникативные навыки. Мастеру робототехники придется много общаться с другими специалистами, объясняя им, зачем те или иные вещи нужны, а также с сотрудниками сферы обслуживания. Он становится своеобразным связующим звеном между представителями разных профессий и должен быть убедительным. Часто конструкторы создают роботов в команде и должны находить общий язык друг с другом.
- Способность принимать сложные решения. В конструировании роботов без смелости никуда! Часто решение приходится принимать в спешке, и разработчик несет ответственность за их последствия. Ошибки в робототехнике обходятся очень дорого.
- Творческое мышление. Креативность — это главное для производства новых механизмов. В робототехнике нестандартные решения проблем — правило, а не исключение.
Список требований велик, но и отдача соответствующая. Специалистам этого профиля прилично платят. Низкая конкуренция позволяет найти хорошее место работы сразу после выпуска.
Заключение
Это весьма перспективная и невероятно интересная отрасль. Мы за то, чтобы развитие робототехники в мире было еще интенсивнее! На нашем сайте вы найдете отличные образовательные наборы для школьников. Они подойдут и для полноценных уроков этой сложной науки и для внеклассных занятий, и даже для самостоятельного изучения. Создавать собственных роботов и писать для них программы — завораживающее занятие.
Хотите оценить, насколько такие машины практичны? Загляните в наш раздел с готовыми роботами для дома. Комплекты мы доставляем в разобранном виде, их надо только собрать. Поставщик многих устройств — Lego, так что они сделаны в узнаваемом стиле, просты в управлении и очень нравятся детям.
Сложность робототехники пугает вас? Просто дайте ей шанс! Если мотивации хватит, одна из самых требовательных дисциплин превращается сначала в увлекательное приключение для всей семьи, а затем и в полноценную прибыльную работу.
