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, беч 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.
ОТРОЧЕСТВО
В середине XX века крупные достижения электроники, физики и электротехники позволили вновь приступить к конструированию человекоподобных автоматов, но на более высоком уровне. Их стали называть роботами. Окончательное формирование кибернетики как нового научного направления дало мощный стимул развитию роботов, появились многочисленные электронные "люди" и "животные". В отличие от андроидов роботы теперь обладают обратной связью, более гибки в действиях и более чувствительны к изменению внешней обстановки. У них появилось зрение - фотоэлементы, слух - микрофоны, речь - громкоговорители.
Один из первых советских роботов демонстрировался на всемирной выставке в Париже -в 1937 году. На всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 году можно было видеть шагающего робота "Электро" с собакой-роботом "Спарко". "Человек" беседовал с многочисленными посетителями, а "собака" лаяла и служила. В 1960 году огромным успехом пользовался выставленный на ВДНХ робот, сконструированный на Чкаловской станции юных техников Московской области, он выполнял 18 различных команд и назывался "СЮТ". Там же, на Чкаловской станции юных техников, в 1969 году создан кибернетический робот-гигант, успешно экспонировавшийся на всемирной выставке ЭКСПО-70 в Японии. Широкую известность получил робот "Сспулька", работавший экскурсоводом в Политехническом музее в Москве.
Однако эти устройства, несмотря на то, что назывались громко и эффектно роботами, являлись всего лишь игрушками, в задачу которых входило удивлять и забавлять. В то же время стали появляться первые зрелые плоды "кибернетического древа". Инженеры начали разрабатывать устройства, которые, хотя и скромно назывались кибернетическими игрушками, создавались отнюдь не для развлечения. Они служили примером практического воплощения идей кибернетического управления, моделируя весьма целесообразное поведение насекомых и животных.
Наибольшую известность среди кибернетических игрушек приобрели представители так называемого "кибернетического зверинца" - устройства, воспроизводящие различные формы поведения и внешне несколько напоминающие животных - черепах, жуков, белок, собак и т. п. Первые простейшие схемы таких устройств, способных двигаться в направлении света - "моль" или удаляться от него - "клоп", разработал еще Н. Винер.
Наибольшую известность приобрели три "черепахи", созданные английским биофизиком и нейрофизиологом Г. Уолтером в 1950-1951 годах. Эти простейшие игрушечные роботы представляли собой самодвижущиеся электромеханические устройства, способные воспроизводить следующие виды целесообразного поведения насекомых и животных: движение на свет или от него, обход препятствия, поисковые движения, заход в "кормушку" для подзарядки разрядившихся аккумуляторов и т. п.
Черепашка Грея - миниатюрная тележка на колесиках, которые вращаются электромоторчиком. Другой электромотор поворачивает руль. Тележка возит на себе аккумулятор, который служит источником питания.
На тележке есть также фотоэлемент, электрический контакт, замыкающийся при столкновении с препятствием.
"Мозгом" черепашки является несложная электронная схема. Несмотря на видимую простоту, черепашка ведет себя довольно "осмысленно". В полутемной комнате или при слабом рассеянном свете она ползает в разных направлениях, словно что-то ищет. Натыкаясь на препятствия, она пытается их обойти, чуть отходя назад и поворачивая вбок. Если в комнате зажигается достаточно яркая лампа, черепаха решительно направляется в ее сторону. Подойдя к источнику света, она поворачивается и, как бабочка, двигается вокруг него, находя и поддерживая оптимальные "условия существования".
Другой робот - белка Э. Беркли - имеет уже два фотоэлемента, две лапки, которые могут сдвигаться и раздвигаться на уровне пола, маленький металлический хвостик, который волочится по полу. Белка собирает орешки разбросанные в беспорядке белые мячики для игры в гольф - и складывает их в "гнездо" - на металлическую подстилку. Вот белка заходит в пустую комнату, где на полу разбросаны мячики. В углу комнаты металлический лист, освещенный мигающей люминесцентной лампой, изображает гнездо. Белка наугад движется по комнате, пока в "поле зрения" фотоэлементов не попадает "орех" - белый мячик. Тогда она направляется к нему, раздвигает лапки, останавливается, сдвигает лапки, схватив шарик, затем поворачивается и ищет гнездо. Поскольку оно освещено мигающим светом люминесцентной лампы, белка легко находит его, заползает на металлический лист и останавливается. Замыкание контакта между листом и ее металлическим хвостиком показывает, что она "дома". Раздвинув лапки и выпустив "орех", она снова отправляется на поиски.
Кибернетический зверинец разрастался, увеличивался и "интеллект" зверюшек. Наиболее совершенные моделировали такие сложные биологические процессы, как формирование условного рефлекса. Если в момент столкновения с препятствием "дрессировщик" подавал звуковой сигнал, то через несколько таких повторений "зверек" начинал реагировать на сигнал так же, как на препятствие.
И все-таки, несмотря на все головокружительные трюки, которые проделывали эти электронные "создания, они оставались лишь кибернетическими игрушками, призванными продемонстрировать нам "неограниченные возможности кибернетики". Это был счастливый возраст роботов, когда электронные "чада" весело резвятся, а ах "родители" приглашают всех полюбоваться на очаровательные создания и восхититься их талантами. Но тогда роботы не более чем хитроумные игрушки для взрослых. Или в них заключается нечто иное?
Давайте подумаем, от какого слова произошло слово "робот" и вообще, как оно появилось?
Почти любая популярная статья или книга о роботах начинается с объяснения того, что слово "робот" ввел чешский писатель Карел Чапек. Сделал он это в 1920 году в своей пьесе "RUR", или "Россумские универсальные роботы". В ней изобретатель и его сын строят машины гуманоидных форм, которые, заменяя живых людей, трудятся на фабриках и заводах. Но вот его соотечественник, автор научно-популярных и научно-фантастических книг Людвиг Соучек (1926-1978), в своей книге "Иллюстрированный исправитель распространенных ошибок" подробно рассказывает нам о том, как это произошло. Слово "робот", хотя и было впервые употреблено в пьесе К. Чапека "RUR", откуда и начался его путь по свету, не является, однако, вопреки распространенному мнению продуктом языкового творчества самого писателя. По свидетельству самого К. Чапека, это слово придумал его брат Йозеф, которого автор пьесы попросил посоветовать, какое имя дать действующим в этом произведении искусственным людям. У него уже, правда, было одно название - лаборы (от латинского слова "работа"). Но это название казалось писателю чересчур вычурным. Йозеф, сидевший тогда за мольбертом, даже не отрываясь от рисования, проворчал: "Ну так назови их роботами..." Он просто взял за основу то же слово "работа", "труд", но перевел его на чешский язык. И новое слово пошло путешествовать по страницам сначала фантастических, затем научных и, наконец, популярных изданий. Само слово "робот" образовано от чешского слова "rabota" - барщина, тяжелый, каторжный труд. Значит, робот - это рабочий, это труженик, это помощник человека.
Можно, конечно, сказать, что электронные "люди" и "животные" тоже выполняют определенную работу. Например, робот "Сепулька" - работу экскурсовода, белка Беркли - работу сборщика мячей для гольфа. Однако эти уникальные устройства вряд ли смогли бы совершить ту революцию в технике, свидетелями которой мы являемся.
Сегодня более ста тысяч потомков кибернетических игрушек трудятся на предприятиях во многих странах мира. Тысячи промышленных роботов эффективно работают на Волжском и Камском автозаводах, на ЗИЛе и ВЭФе, на Петродворцовом часовом заводе.
Таким образом, предвидение К. Чапека получило конкретное техническое воплощение, которое привлекло к себе внимание ученых и производственников, открыв, как теперь принято говорить, "новую эру автоматизации производства".
Обратимся же к истории роботостроения. Современный промышленный робот возник не на пустом месте, он прямой потомок автоматических станков, линий и заводов, в изобилии применявшихся в промышленном производстве.
В 1950 году в СССР создан первый завод-автомат, который выпускал автомобильные поршни. В конце 50-х годов разработаны станки с числовым программным управлением, а в середине 60-х годов - программные станки с автоматической сменой инструмента, так называемые обрабатывающие центры. Несмотря на кажущуюся или фактическую примитивность подобных автоматов, они чрезвычайно широко распространены. Они полностью утратили сходство с человеком, и поэтому их не относят к роботам, хотя в принципе это тоже роботы. Такой обрабатывающий центр имеет специальный магазин барабанного типа, как у револьвера, где хранятся многочисленные инструменты, которые могут понадобиться в работе.
Автоматически, по командам устройства управления осуществляется смена инструмента. Она производится с помощью специального приспособления с двумя небольшими манипуляторами. Магазин поворачивается так, чтобы нужный инструмент оказался в самом верху, где его удобно взять левым манипулятором. Он опускается, захватывает инструмент, и, пока магазин движется, поднимается вверх правый манипулятор (так и хочется сказать рука), он в это время вынимает инструмент из шпинделя станка, чтобы освободить место для нового. Теперь руки меняются местами. Одна с новым инструментом вставляет его в шпиндель, другая со старым, снятым, ставит его в магазин. Станок готов к новой операции.
Чтобы деталь можно было обрабатывать со всех сторон, станок снабжен специальным поворотным столом, на котором закрепляется обрабатываемая деталь. Точность ее перемещения контролируется специальной следящей системой.
Манипуляторы обрабатывающего центра, используемые для смены инструмента, - ближайшие родственники современных промышленных роботов. Эти автоматические транспортирующие устройства используются на различных вспомогательных операциях: загружают детали на станок, закрепляют в шпинделе, снимают обработанные детали и т. п. Некоторые фирмы стали специализироваться на производстве подобных транспортирующих устройств все более и более универсального назначения. Наконец, выпустив очередной многоцелевой автоматический манипулятор, предприниматели снабдили его броским рекламным названием - "промышленный робот". Он и стал первым образцом робота, применяемого в промышленности.
Вот где пересеклись две параллельные прямые: копирующие человека автоматы, андроиды и киберы встретились с мощным потоком автоматизации промышленного производства. Это случилось тогда, когда очередная ступень автоматизации персонифицировалась в копировании движений человека, обслуживающего станок.
Итак, матерью современного промышленного робота является представительница древнего рода, принцесса - андроид, его отец - простой работяга, токарный станок.
ЮНОСТЬ
Человечество XX века "старательно" играло в свои игрушки антропоморфные механизмы; фантасты проигрывали разнообразные "конфликтные" ситуации, мир взрослел, и роботы выходили со страниц книг на производственную сцену. Фантастика, экзотика, реальность - вот путь, который прошли роботы всего за сорок лет.
Во второй половине 50-х годов советская школа теории механизмов и машин начала заниматься проблемами роботов и манипуляторов. В марте 1958 года на Втором всесоюзном совещании по основным проблемам теории механизмов и машин выдающийся советский ученый И. Артоболевский поставил проблему стыковки науки о механизмах и кибернетики. Он указал- на работы по созданию биоэлектрической системы управления механической рукой, которые были выполнены коллективом ученых Института машиноведения.
В июле 1965 года в Москве был созван первый симпозиум по теории и принципам устройства манипуляторов. Симпозиум открывался докладом А. Кобринского и Ю. Степанова, освещающим основные проблемы теории манипуляторов.
В 60-х годах практические модели подобных устройств разрабатывали многие специалисты нашей страны. В 1968 году в Ленинградском политехническом институте имени М. И. Калинина при участии ученых Ленинградского института авиационного приборостроения и Института океанологии АН СССР была создана модель робота для проверки возможностей ее использования при глубоководных работах. В это же время были начаты работы по созданию промышленных роботов с так называемым числовым программным управлением (ЧПУ). В 1971 году уже функционировали первые опытные образцы: универсальный манипулятор УМ-1, созданный под руководством П. Белянина и Б. Родина, робот "Универсал-50" под руководством Б. Сурина, а также робот УПК-1 под руководством В. Аксенова.
Манипулятор УМ-1 был первым отечественным роботом, применяемым на серийных предприятиях нашей страны. В 1972-1973 годах впервые в СССР было освоено серийное производство промышленных роботов УМ-1.
Широкий размах приобрели исследования и разработки промышленных роботов за рубежом. В 50-х годах американский изобретатель Дж. К. Девол запатентовал принцип универсальной вспомогательной машины.
В 1958 году ему удалось начать научно-конструкторские работы, а в 1962 году фирма "Юнимейшен" выпустила первые промышленные роботы модели "Юнимейт Марк II". Эта довольно громоздкая машина благодаря высокой надежности, неприхотливости и хорошим динамическим качествам ухитрилась не устареть до сих пор.
Вот уже более двадцати лет роботы семейства "Юнимейт", не претерпев существенных изменений, выпускаются и используются в промышленности.
Таким образом, на Западе первыми были признаны и нашли сбыт американские промышленные роботы "Юнимейт" и "Версатран", разраоотанные фирмами "Юнимейшн" и "Американ машин энд Фаундри". За ними рядами двинулись в производство когорты роботов:
"Аутохэнд" и "Флексимен", "Праб", "Аутобот" и "Трансфербот", "Мобилити", "Трансива", "Минитрен" и т. д. и т. п. Предприниматели поняли, что использование робота сулит немалые прибыли. В одной из статей, посвященных появлению роботов на заводах США, в частности, говорилось: "В металлообрабатывающей промышленности появился новый тип производственного рабочего. Он не состоит в профсоюзе, не пьет кофе в обеденный перерыв, работает по двадцать четыре часа в сутки и не интересуется пособиями или пенсионной оплатой. Он осваивает новую работу за несколько минут и всегда выполняет ее хорошо. Он никогда не жалуется на жару, пыль и запахи и никогда не получает увечий на работе. Он - промышленный робот".