Каким быть роботу?

Сегодня с уверенностью можно сказать, что успехи в робототехнике весьма впечатляющие.

Разумеется, робототехника не остановится на сегодняшнем уровне. Ученые и конструкторы, ведущие специалисты видят и завтрашний день развития этой новой отрасли техники. И надо сказать, что каждый из них представляет такое развитие по-своему.

Так каким же будет робот будущего? Какими качествами наделит его человек?

Прежде чем ответить на поставленные вопросы, следует поговорить о концепции роботостроения и тенденциях развития новой отрасли.

Если исходить из реально сложившейся ситуации на сегодняшний день, то можно с уверенностью сказать, что современные роботы первого поколения - с жесткой программой - будут применяться и впредь. Это диктуется в каждом отдельном случае потребностями производства. Эти роботы позволяют, например, решить проблему двух- и трехсменной работы, значительно повысить коэффициент использования оборудования и ритмичность производства, избавить его от присущих человеку ошибок, многие из которых возникают вследствие усталости и невнимательности. И все это позволяет повышать производительность труда и качество продукции.

Основную роль в сфере промышленного производства уже начинают играть роботы второго поколения, снабженные различными устройствами, в какой-то мере эквивалентными органами чувств человека,- техническим зрением, тактильными датчиками и другими средствами восприятия окружающей обстановки. Как показала практика применения роботов второго поколения, они сравнительно легко автоматически приспосабливаются к изменчивой, недостаточно определенной обстановке.

По сравнению с роботами первого поколения адаптивные машины - более сложные и дорогие устройства. Не исключено, что в перспективе оба эти поколения будут действовать вместе в составе одной "бригады". При таком сочетании, как показала практика, можно достичь общих хороших показателей. Один "очувствленный" робот будет обеспечивать необходимый порядок для успешной работы остальных, подчиняющихся жестким программам. Это поможет роботам освоить и новые профессии. Сегодня стоит практическая задача - шире использовать роботы в промышленном производстве, на транспорте, в сельском хозяйстве, легкой и пищевой промышленности, строительстве, сфере услуг.

Сейчас еще нельзя сказать, что на пути широкого применения адаптивных роботов нет никаких препятствий, нерешенных проблем. Их много, и все они требуют срочного решения. Прежде всего необходимо организовать' производство тех устройств, которые бы позволили роботу воспринимать окружающую обстановку. Речь идет не просто о тактильных, силовых, зрительных или ультразвуковых датчиках. Они должны быть снабжены и соответствующими преобразователями для ввода информации в управляющие устройства. А точность и надежность в них должны сочетаться с малыми габаритами, чтобы несколько таких датчиков можно было разместить на "пальцах" или "кисти" "руки" манипулятора.

Необходима и более глубокая проработка таких научно-технических проблем, как обработка в электронных управляющих устройствах информации, полученной от датчиков, программирование процесса восприятия роботом окружающей обстановки. Ученые решают и другие вопросы, в том числе проблему оптимального распределения управляющих сигналов по приводам манипулятора, которые заставляют его выполнять необходимые движения. Нуждается в дальнейшей проработке и такая сложная задача, как реализация этих операций на основе встроенных микропроцессоров. Решение этих и других научно-технических проблем, возникающих в процессе отработки и практического применения адаптивных роботов, не только ускорит их широкое применение, но и обеспечит необходимый задел для реализации идеи создания роботов третьего поколения - с элементами искусственного интеллекта.

Роботы третьего поколения будут оснащаться техническими системами, способными распознавать неизвестную им меняющуюся обстановку и автоматически вырабатывать решения о своих дальнейших действиях по выполнению определенной технологической задачи. Кроме того, такая система будет планировать операции и формировать сигналы управления.

Роботы третьего поколения будут наделены и способностью "самообучаться", накапливая собственный "опыт" и используя его в таких же ситуациях при выполнении других работ.

Нетрудно заметить, что роботы третьего поколения также будут значительно "умнее" своих предшественников - роботов первого и второго поколений. Основное достоинство роботов третьего поколения состоит в том, что они будут способны распознавать сложившуюся ситуацию в течение того или иного технологического процесса и обеспечивать ведение этого процесса на соответствующем уровне, отвечающем требованиям прогрессивной технологии. Оснащенные развитой системой датчиков и устройств, которые позволяют воспринимать окружающую обстановку, роботы третьего поколения смогут строить ее достаточно полную модель в своем "мозгу" - управляющей ЭВМ. А затем, сравнивая эту модель с поставленной задачей, вырабатывать решения о своих действиях, планировать их порядок, отдавать команды различным органам манипулятора. Иными словами, роботы с таким управлением будут обладать высокой автономией действия.

Где же найдут применение такие роботы? Сегодня во многих случаях требуются машины, способные ориентироваться в окружающей обстановке, гибко менять свое поведение в зависимости от ситуации. Это диктуется прежде всего повышением безопасности труда. Речь идет о том, чтобы исключить присутствие человека в сфере производств, связанных с радиацией, вредными испарениями, высокими или низкими температурами и давлениями. Именно здесь, чтобы заменить людей, потребуются роботы с высокой автономией действий.

Для решения всех этих задач уже сегодня находят применение роботы с дистанционным управлением. Операции, которые им предстоит выполнить, заранее программируются и заносятся в память управляющего устройства. Оператор по мере надобности включает ту или иную программу. При этом он исполняет супервизорное, полуавтоматическое или диалоговое управление.

Представители этого нового поколения железных "существ" - интеллектуальные роботы - сегодня рождаются один за другим в лабораториях ученых и постепенно из научной "колыбели" уходят в большую жизнь.

И вот мы уже реально видим роботов-исследователей. Глубоководный телеуправляемый аппарат изучает морское дно, берет пробы грунта, воды ... По безжизненной каменной россыпи, настороженно выставив вперед "руки" с тонкими длинными "пальцами-щупами", пробирается планетоход. Коснувшись глыбы, вздымающейся на пути, нервно отдергивает "руки", замирает. Еще одно прикосновение. Пауза. Робот, похоже, тщательно "осматривает" препятствие, окружающее пространство и соображает, как быть. Отодвигается. Поворачивает. И отправляется в обход.

Не правда ли, поистине фантастичны уже сегодняшние способности роботов. А что будет завтра? Это железное племя, если внимательно к нему присмотреться, вызывает не только восхищение, но и доверие. Ведь они освобождают нас от унылой, монотонной и опасной работы на предприятиях. А завтра они станут и разведчиками грозных стихий и нашими полномочными посланниками в иные миры. Таким наверняка будет новое поколение разумных машин.

Сегодня ученые интенсивно работают над проблемой создания саморегулирующихся, саморемонтирующихся и даже самовоспроизводящихся роботов. И такие проблемы решаются для того, чтобы еще больше расширить интеллектуальные способности роботов, наделив их особыми качествами, столь необходимыми для работы в экстремальных условиях. Так, например, при выполнении заданий в особо трудных условиях (скажем, на дне океана или на другой планете) железные "существа" не могут рассчитывать на помощь человека. Придется полагаться только на себя. Но совершенно необходимо и сотрудничество с "коллегами" - надо ли принести нужную деталь, заменить в неудобном месте гайку, подержать отвалившуюся "ногу" ...

Какими бы ни были роботы будущего, ясно одно - развиваться они будут так, чтобы каждое их "поколение" имело практический смысл и было экономически выгодным по отношению к той технике, которую они заменят.

Чтобы роботы стали эффективной техникой, необходимо соблюдать целый ряд условий. Назовем наиболее важные из них. Прежде всего, следует правильно определить, с какой целью робот создается. Исходя из этого, решают и локальную задачу - определяют сферу применения робота: где он больше всего принесет пользы. Ведь у каждого производства свои задачи. Есть еще немало работ, с которыми успешно справляются простейшие манипуляторы. Общая же альтернатива, по-видимому, такова: в будущем найдется место и роботам первого, второго и последующих поколений.

Важным условием дальнейшего развития роботизации является высокое качество и надежность манипуляторов. Поэтому внедрение робототехники связано с решением многих специфических проблем в смежных областях науки и техники. Одни , конструкторы не в состоянии обеспечить развитие новой отрасли. Роботостроение, по мнению ученых, должно дать новый импульс гидравлике, электронике, станкостроению ...

Робототехнические системы должны создаваться на базе надежного и высокопроизводительного оборудования, а при их создании применяться наиболее прогрессивная технология. Особое значение имеет надежность работы отдельных модулей системы. Отказ любого элемента сложной робототехнической системы может привести к отказу всего комплекса. Поэтому очень важно создать надежные средства технической диагностики. Ни станочное оборудование, ни роботы до недавнего времени таких средств не имели. Сегодня над этой проблемой весьма успешно работают ученые. Они разрабатывают такие приборы, которые не только указывают, где неисправность, когда станок или робот вышли из строя, но и позволяют прогнозировать вероятность отказа того или иного узла.

Ученые работают и над другой не менее важной проблемой - снижением энергопотребления манипуляторов. Опыт эксплуатации самых различных роботов показал, что наряду с большой эффективностью все они имеют серьезный недостаток - потребляют слишком большое количество энергии. Эта энергия затрачивается и на двигатели, и на управляющую ими электронику, и на привод и т. д. Суммировав всю потребляемую роботом энергию, ученые сделали вывод, что полезная его работа по механическому перемещению деталей имеет очень низкий КПД. На сборке, например, в приборостроении, где робот перемещает детальку весом в несколько граммов, потребляется также непропорционально большое количество энергии.

При конструировании новых роботов советские ученые нашли эффективное решение. Они создали так называемый цикловой робот. Действует он по принципу маятника. В одном цикле он запасает энергию, а в другом - расходует ее. В результате потребление энергии уменьшилось в 10 раз и в 2-3 раза возросло быстродействие робота.

Четко выражена позиция специалистов и в отношении будущего робототехники с точки зрения ее производства. Они считают, что наиболее благоприятные перспективы у роботов модульной конструкции, поскольку они обладают высокой приспособляемостью к различным технологиям. Используя такие конструкции, можно удовлетворить потребности любой отрасли промышленности.

Конец "лестницы эволюции", по которой энергично "карабкаются" роботы, пока разглядеть невозможно. И сегодня ученым-робототехникам не вполне еще ясно, как далеко может зайти "очеловечивание" роботов.

Итак, каким же станет робот будущего? Сегодня однозначно ответить на этот вопрос не может ни один специалист. Что же касается перспектив робототехники, то за ответом на этот вопрос можно обратиться, например, к произведению чешского писателя Карела Чапека, который более шестидесяти лет назад к заключительной части своей пьесы "Рур" устами одного из героев произнес такую фразу, обращенную к роботам: "Мир принадлежит вам". Что же - с этими пророческими словами писателя нельзя не согласиться.