Детство

Поколения современных промышленных роботов принято отсчитывать от первого, хотя в принципе числовая шкала в положительную область начинается с ноля. "Неужели существует нолевое поколение роботов?" - спросит читатель. Как это понимать?

Да, существует. Каждая идея и любое ее техническое воплощение имеют свою нолевую фазу, так сказать, утробное развитие проблемы. Абсолютный ноль робототехники глубоко погружен в историческое прошлое человечества. Промышленный робот как механический соратник человека ведет свою родословную от первых приспособлений, помогавших людям обустраивать свою жизнь. 7-8 тысяч лет до нашей эры, в эпоху неолита, человек применял первые инструменты для сверления отверстий в камне. 3-4 тысячи лет до нашей эры появился гончарный круг - дальний родственник всех современных токарных и карусельных станков. Во II веке до нашей эры появились водяные часы: вода, вытекавшая из сосуда, поднимала поплавок, указывающий время на вертикальной шкале. Их автор - живший в Александрии механик Ктезибий.

В античном мире прароботы существовали в виде оживших статуй и. всевозможных "чудесных" машин. Стоило бросить несколько монет в открытый зев каменного грифона, как "священная" вода сама собою изливалась из его глаз. Двери храма открывались, как сказал бы современный инженер, "автоматически", когда жрец возжигал огонь на алтаре перед храмом. Движущиеся статуи Герона Александрийского Старшего и других механиков эпохи эллинизма зачастую являлись объектами мистического поклонения.

Вероятно, одно из первых автоматических устройств, копирующих, или, как сейчас говорят, моделирующих, конструкцию живого "механизма", было создано другом древнегреческого философа Платона, жившего около 400 г. до н. э., который вошел в историю под именем Архитаса из Тарента. Он, как повествует легенда, изготовил деревянного голубя, который, по свидетельству пораженных современников, летал как настоящий.

Совершенно естественно, что рассказы о предках современных промышленных роботов сильно замешены на мифах и легендах. Таково уж свойство памяти человеческой - она не столько бесстрастно фиксирует факты, сколько мечтает, предвосхищая сегодняшнюю реальность, отображая прошлое в будущем.

Первое "достоверное" упоминание об использовании промышленного робота встречается еще у Гомера в его знаменитой "Илиаде". Он описывает изготовленную из золота женщину, которая помогает богу-кузнецу Гефесту. Заметим, что ее потомки активно орудуют в современном кузнечно-прессовом производстве.

Овладев энергией "падающей воды" и "дующего ветра", человек ощутил прелесть механических помощников, наделенных собственной силой. В изобилии стали появляться разнообразные станки и приспособления. В XIX веке был создан неизменный помощник человека, спутник промышленного производства - токарный станок.

Другие изобретатели концентрировали свои силы на создании так называемых андроидов - автоматических устройств, копирующих внешний вид и движения человека.

Отзвуки этих устремлений докатились до нас в виде сведений, достоверность которых вызывает естественное сомнение. Так, имеются упоминания, что еще в XIII веке у архиепископа города Регенсбурга Альбертуса Магнуса был механический "страж", который стоял у дверей его покоев в монастыре. Андроид был сделан из воска, дерева, металла и кожи. Предание говорит, что он приветствовал посетителей, расспрашивал их о делах, шутил с ними, пока епископ не приглашал их войти. Согласно этой легенде один из учеников епископа, молодой философ Томас Аквинский, стал так досаждать андроиду своими философскими вопросами, что тот однажды, найдя дубинку, изрядно поколотил его.

XVI век подарил миру часы с пружинным приводом, изобретенным в Германии часовщиком П. Хейнлейном. В них впервые использовались принципы и отдельные механизмы, получившие впоследствии широкое распространение в разнообразнейших автоматах.

Одним из мастеров, создававших такие миниатюрные автоматы, был Хуанело Тариано, инженер, служивший у императора Карла V, властителя Испании и Нидерландов. Когда Карл V в 1556 году передал бразды правления своему сыну, а сам удалился в монастырь, Тариано и там развлекал его игрушечными солдатиками, которые фехтовали, и пастушкой, игравшей на лютне. Легенда гласит, что он создал также "полноразмерного" андроида, который каждый день появлялся на улицах Толедо, закупая провизию для своего хозяина. И хотя это почти наверняка миф, улица в Толедо, где жил Тариано, до сих пор носит название "улица деревянного человека".

В 1675 году изобретатель X. Гюйгенс из Голландии построил первые маятниковые часы.

Увидев успехи механиков, на поле автоматизации вышли мыслители, чтобы собрать богатый урожай. Было совершенно необходимо осмыслить, упорядочить и превратить в стройную теорию накопленное изобилие прагматических фактов.

Знаменитый французский философ Рене Декарт одно время увлекался андроидами и даже создал механическую женщину, названную Франсиной. Во всяком случае, еще в 1637 году он писал, что наступит время, когда человечество создаст "бездушные механизмы", которые будут вести себя подобно людям. Он же одним из первых высказал конструктивную мысль о подобии животных машинам: "...ничуть не покажется странным тем, кто знает, сколько различных автоматов или самодвижущихся машин может произвести человеческое искусство, пользуясь при этом немногими частями, в сравнении с множеством костей, мускулов, нервов, артерий, вен и всех других частей, находящихся в теле каждого животного". Тогда же ученые пытались приложить известные законы механики к объяснению явлений, происходящих в живом организме.

В XVII-XVIII веках заметны три основных направления интенсивных поисков. Первое связывают с именами гениальных математиков Л. Эйлера и Д. Бернулли, которые применили законы механики к объяснению некоторых физиологических явлений. Второе - с именем французского врача и философа Ж. де Ламетри, который издал в 1747 году в Лейдене знаменитый трактат "Человек-машина". В нем он, говоря о человеке, в частности, писал: "По сравнению с обезьяной и умнейшими животными он представляет то же, что планетные часы Гюйгенса с часами императора Юлиана. Если для отметки движения планет нужно было больше инструментов, колесиков, пружин, чем для показания времени на часах, если на создание флейтиста Вокансону понадобилось больше искусства, чем на утку, то на создание механического человека, способного говорить, нужно было бы еще больше; нельзя думать, что такую машину невозможно создать, в особенности руками какого-нибудь Прометея..." Третье направление принадлежит механикам-изобретателям, воспроизводившим на практике эти витавшие в воздухе идеи.

Наиболее достоверно известно о совершенных автоматах, созданных французским изобретателем и инженером Жаком де Вокансоном (1709-1782), принесших ему широкую известность. Он был даже избран во Французскую академию. В числе его блестящих творений был пастух, который играл на флейте. Сам изобретатель в это время аккомпанировал ему на тамбурине. Флейтист в сидячем положении вместе со своим пьедесталом достигал 170 сантиметров в высоту. Он играл двенадцать разных пьес, "производя звуки вдуванием воздуха изо рта в отверстие флейты и изменяя ее тоны действием пальцев на отверстия инструмента".

Другой андроид Вокансона играл левой рукой на провансальской свирели, правой - на бубне и прищелкивал языком по обычаю провансальских свирельщиков. Наконец, жестяная утка того же механика - едва ли не самый совершенный из всех известных автоматов - не только подражала с необычайной точностью всем движениям, крику и манерам поведения своего оригинала: плавала, ныряла, плескалась в воде, но даже клевала пищу с жадностью живой утки и выполняла до конца при помощи скрытых внутри ее химических веществ обычный процесс пищеварения. Эту утку, состоящую из тысячи движущихся деталей, позже видел Гёте, который описал ее в своем дневнике. Все эти автоматы были публично показаны Вокансоном в Париже в 1738 году.

В это же время в промышленности появились станки со сложными механизмами для изготовления деталей сложной конфигурации. В двадцатых годах XVIII века русский изобретатель Андрей Нартов создал автоматический суппорт, перемещающий резец вдоль обрабатываемой детали для токарно-копировальных станков. Он же предложил станок с применением сменных зубчатых колес для нарезки крупных винтов. В 1765 году русский механик И. Ползунов изобрел регулятор питания парового котла в виде поплавка, "автоматически" поддерживающего уровень воды.

Можно утверждать, что андроиды были своего рода разновидностью часов

Кстати, первым "промышленным роботом" был созданный Вокансоном механический осел, который с изяществом, несвойственным ослам, ткал на обычном ткацком станке. Но почему именно осел? Дело объясняется просто. Когда в 1742 году Вокансон задумал создать автоматический ткацкий станок, лионские ткачи, боясь конкуренции, решили избить изобретателя. В ответ на их нападение Жак де Вокансон и создал механического осла, который ткал на обычном ткацком станке.

Однако вернемся к создателям человекообразных машин. Весной 1774 года швейцарский часовщик Пьер Дро и его сын Анри показали изумленным согражданам сконструированного ими механического писца. Он с важным видом макал гусиное перо в чернильницу и ровным, красивым почерком выводил длинную фразу. При этом он двигал головой и любовно оглядывал написанное. Закончив писать, он посыпал, как тогда было принято, бумагу песком и стряхивал ее. Кроме писца, мастера сделали механического рисовальщика и музыкантшу, исполнявшую на фисгармонии сложные произведения. В 1774 году на выставке в Париже эти механические люди пользовались шумным успехом. Затем Анри Дро повез их в Испанию, где они также вызывали восторг и восхищение. Но там в дело вмешалась священная инквизиция, которая обвинила его в колдовстве и посадила в тюрьму, отобрав автоматы-андроиды.

Считается, что само слово "андроид" создано из первых букв имени и фамилии Анри Дро, однако это всего лишь совпадение, хотя и весьма удачное. Слово это происходит от греческого "anthros", что значит "мужчина", которое является однокоренным со словом "anthropos" - "человек", и означает "человекоподобный".

Андроиды - механические люди - были отражением механического века сжатых пружин. Пружины приводили в движение сложнейшие системы зубчатых колес, рычажков, штанг, кулачков, винтов, всевозможных автоматов. Поэтому можно утверждать, что андроиды были своего рода разновидностью часов. Как известно, часы - одно из самых совершенных созданий человека в технике своего времени. Именно часы, как говорил К. Маркс, подали человеку мысль применить автоматы в производстве.

В 1784 году Дж. Уатт предложил центробежный регулятор скорости оборотов паровой машины, которая стала после этого основным источником механической энергии для приводов станков, машин и механизмов.

Теперь у механиков был двигатель, и они знали, как с помощью передаточной цепи из отдельных звеньев превратить вращение вала в любое сложное движение исполнительного механизма. Они постепенно начали создавать все больше и больше машин, способных своими руками-механизмами воспроизводить разнообразные рабочие движения людей во многих трудовых процессах. Умели механики и передавать в автоматах команды для различных узлов. Использовали шпильки на барабане музыкального ящика, картонные ленты с отверстиями, валики с кулачками. Это была программа работы автомата, но программа самая примитивная, жесткая, без всякой реакции на внешнюю среду. Творчество автоматчиков принесло много пользы. Оно помогло найти и практически проверить основные математические и технические средства для развития машиностроения и основ автоматики, когда начался повсеместный переход к машинному производству - знаменитый промышленный переворот.

Победно шагала техника. Машины появились в текстильной, металлообрабатывающей, горной и других отраслях промышленности. Повсюду шел бурный процесс механизации. Впервые рука человека была освобождена от непосредственной обработки металла.

Увлечение андроидами мало-помалу сходило на нет, впечатляющие перспективы промышленной революции оказались куда увлекательнее, тем более что возможности механики были в общем-то исчерпаны. Лучшие конструкции, созданные в средние века, позднее просто повторялись в разных вариантах. Так, в 1810 году немецкий механик И. Кауфман создал механического трубача, который виртуозно исполнял несколько сложных пьес на трубе. В 1850 году Г. Дешан смастерил автоматическую "укротительницу змей". В 1893 году Дж. Мур построил механического человека с приводом от паровой машины мощностью 0,5 лошадиной силы. Он развивал скорость хода до 14 километров в час, при этом машина была спрятана внутри, а сигара служила дымоходом. В 1815 году изобретателем Модели была создана первая автоматическая станочная линия, она служила для изготовления корабельных блоков.

Наступала эра электричества. После изобретения электродвигателя и динамо-машины электричество открыло новые возможности для автоматизации производства.

В 1830 году русский ученый П. Шиллинг изобрел магнитоэлектрическое реле - один из основных элементов электроавтоматики. В 1872 году В. Чиколев впервые продемонстрировал электропривод к швейной машине на Первой Московской политехнической выставке. В 1895 году С. Апостол-Бердичевский и М. Фрейденберг создали первую в мире автоматическую телефонную станцию. После изобретения в начале XX века регуляторов напряжения электроэнергия активно заявила о себе в производстве. Электродвигатель закрутил станки, оживил автоматические устройства. В 30-х годах XX века появились многошпиндельные агрегатные станки, а в 40-х годах - целые автоматические линии из агрегатных станков.

В ходе выполнения первых пятилетних планов развития народного хозяйства в нашей стране были созданы заводы, производящие приборы и аппаратуру для автоматизации производства. Конец сороковых годов ознаменован появлением "усилителей интеллекта" - электронных вычислительных машин - и рождением "науки об управлении" - кибернетики, которая стала повивальной бабкой многих автоматических электронных устройств, в том числе и промышленных роботов.