Материалы

История развития робототехники

История развития робототехники

Роботостроение (робототехника) – это наука, основными направлениями которой являются разработка и производство роботов и иных автоматизированных систем.

Историческая справка

Развитие роботостроения началось еще в IV веке до н. э. с создания механической птицы из дерева и продолжилось в 1495 году человекоподобным роботом, сконструированным Леонардо да Винчи. В XVIII веке появились играющий на флейте механический андроид и уникальная утка.

В XIII веке немецкий ученый Альберт Великий изобрел прототип первого андроида в виде металлической фигуры человека, а в XV немецкий механик Турианус собрал механическую куклу, играющую на флейте. Затем в Италии появилась девочка-робот, которая играла на цитре и танцевала, а в Германии - роботизированный театр из маленьких фигурок пекаря, маляра и булочника. В Японии были популярны чайные куклы, которые приносили чай гостям.

В 1805 году французский торговец Жозеф Мари Жаккар разработал автоматический станок для нанесения рисунка на ткань с помощью перфокарт. В середине XIX века российский ученый Семен Корсаков использовал перфокарты как базы знаний в «умных» машинах.

На рубеже 30-40-х гг. XX в. в СССР началась разработка и внедрение автоматизированных систем на крупные производства. В 1968 году был разработан первый подводный робот «Манта». В 1985 году использовалось 40 тысяч промышленных роботов, а всего было выпущено более 100 тысяч.

В 1962 году появился первый гуманоидный робот-экскурсовод Рэкс — он проводил экскурсии для детей в Политехническом музее.

Современная робототехника

Основа современной робототехники - кибернетика, а точнее, бионика, появившаяся второй половине XX века, так как без роботов-машин невозможна комплексная роботизация производства. В 1950-х годов началось внедрение на производство манипуляторов, а уже в 1968 году создан первый робот с зачатками искусственного интеллекта. В 1982 году в IBM разработали язык для программирования робототехнических систем, а спустя два года компания Adept представила первый робот Scara с электроприводом. В 1986 году роботы были впервые применены в Чернобыле для очистки радиоактивных отходов.

В современном мире строятся андроиды, которые обладают компьютерным зрением, могут самостоятельно принимать решения о своих действиях, ориентируясь на информацию, полученную с сотен установленных на них датчиков, и даже поддерживать беседу.

Промышленные роботы XX — XXI века делят на три поколения:

Первое поколение — роботы, имеющее промышленное управление, заимствованное у станков с ЧПУ.

Второе поколение — роботы с сенсорным зрением и адаптивным управлением.

Третье поколение — интеллектуальные роботы, при создании которых используются методы искусственного интеллекта.

Инновационная робототехника

Современная робототехника постоянно повышает эксплуатационные характеристики аппаратов: снижение себестоимости изделий и возможности возникновения ошибок, повышение срока службы и времени автономной работы.

Разработка экзоскелетных комплексов – одно из наиболее молодых направлений роботостроения. Экзоскелеты делятся на два вида: пассивные и активные.

Пассивные - снижают нагрузку на опорно-двигательный аппарат и уменьшают утомляемость.

Активные - оснащаются сложными механизмами, которые увеличивают физические качества человеческого организма и, в основном, используются для выполнения военных операций. Для выполнения разведывательных функций навигационными приборами и датчиками.

Основные направления реализации задач Десятилетия науки и технологий в России

Десятилетие науки и технологий в России включает в себя комплекс инициатив, проектов и мероприятий.

Официальный сайт Десятилетия науки и технологий - наука.рф

Главные задачи «Десятилетия» включают в себя следующие инициативы:

Задача №1:

Инициатива «Наука рядом» знакомит школьников с развитием науки в родном населенном пункте, области, крае или республике через открытые лекции ученых, посещение лабораторий научных учреждений.

Инициатива «Школьники в научно-технической деятельности» создает новые форматы детского научно-технического творчества.

Инициатива «Научное волонтерство» позволяет вовлекать в исследовательскую деятельность наряду с учеными обычных людей без профессиональных знаний и образования на безвозмездной основе.

Инициатива «Наука побеждать» объединяет интеллектуальные состязания самых разных форматов по разнообразным научным направлениям, что выявляет талантливую молодежь.

Инициатива «Научные детские площадки» создает общедоступную детскую игровую инфраструктуру по различным научным направлениям.

Задача №2:

Инициатива «Снова в школу» направлена на развитие сезонных школ для студентов, аспирантов и молодых ученых.

Инициатива «Проектирование будущего» поможет внести свой вклад в реализацию ключевых направлений научно-технологического развития.

Инициатива «Работа с опытом» призвана популяризировать историю науки, обеспечить сбор и анализ имеющихся данных.

Инициатива «Площадки для взаимодействия науки, бизнеса, государства и общества» направлена на совершенствование механизмов взаимодействия участников инновационного процесса: исследователей, разработчиков и конечных потребителей.

Инициатива «Решения и сервисы для профессионального сообщества» ориентирована на создание привлекательных условий для построения карьеры в сфере науки и технологий.

Инициатива «Тематические инициативы по приоритетам научно-технологического развития Российской Федерации» призвана разработать и реализовать тематические инициативы по приоритетам научно-технологического развития Российской Федерации.

Инициатива «Конгресс молодых ученых и мероприятия — спутники Конгресса» осуществляет проведение ежегодных мероприятий, объединяющих молодых ученых.

Задача №3:

Инициатива «Наука для всей семьи» включает проведение масштабных мероприятий, посвященных науке и технологиям и рассчитанных на семейный досуг.

Инициатива «Научно-популярный туризм» направлена на создание маршрутов для научно-популярного туризма.

Инициатива «Наука как искусство» направлена на то, чтобы рассказать обществу о достижениях и истории российской науки на языке искусства. Инициатива «Инфраструктура для популяризации науки, создание контента» включает создание условий для производства и распространения информации о науке и деятельности ученых.

Инициатива «Юбилейные мероприятия» призвана организовать мероприятия, приуроченные к памятным датам отечественной науки.

Инициатива «Открытие центров, лабораторий, запуск исследовательской инфраструктуры» обеспечивает открытие передовых исследовательских центров и лабораторий с современным научным оборудованием.

Основные результаты первого года Десятилетия науки и технологий:

Во всех регионах России запустилось 18 инициатив, которые помогают усилить роль науки и технологий в решении ключевых задач развития общества и страны.

Лига Роботов - оживи квазары, исследуй черные дыры, рассчитай золотое сечение

Лига Роботов - крупнейшая школа робототехники с непрерывной образовательной программой и опытом преподавания более 10-ти лет. Ученики школы создают собственные проекты “под ключ”: от идеи до реализации на практике, от первой шестеренки до последней цифры в коде. Они глубоко понимают суть процессов и видят их применение в реальной жизни. Полученные знания дают возможность ученикам поступить в любой ВУЗ, работать в крупной корпорации или строить свой бизнес.

Модные направления современной робототехники — мягкие роботы

Сегодня роботы впечатляют своим развитием, способностью взаимодействовать с людьми и распознавать их жесты и эмоции. Однако особое внимание ученых привлекает новое направление в робототехнике - "мягкая робототехника".

Мягкая робототехника - это область, где создаются роботы из гибких материалов, наподобие тех, что встречаются в живых организмах. В отличие от жестких металлических машин, мягкие роботы изготавливаются из силикона и полимеров, что придает им органические свойства. Они способны имитировать движения мышц и выполнять задачи, которые ранее были недоступны механизмам. Мягкие роботы обладают высокой гибкостью и могут применяться в медицине и производстве, обеспечивая безопасность при взаимодействии с людьми.

Моделирование движения таких роботов — сложная задача, поскольку для таких процессов необходимо применять методы механики сплошной среды, что открывает необычные и потенциально очень широкие возможности для применения мягкой робототехники: и как самостоятельных, полностью мягких машин, и как элементов робототехнических устройств, сочетающих в себе мягкие и «традиционные» жёсткие части.

Первый мягкий робот, названный “ Octobot ”, был создан в 2011 году. Его уникальность заключается в использовании микрофлюидики вместо традиционной электроники, а также в корпусе из мягких материалов. Его источник питания - раствор пероксида водорода, который разлагается с помощью платинового катализатора.

Мягкие роботы обладают большой гибкостью и находят применение в нескольких областях:

- Роботизированные мышцы для выполнения различных задач.

- Альпинистские роботы для осмотра и обслуживания зданий и спасательных операций.

- Съедобные роботы, доставляющие лекарства в организм.

- Носимые роботы, помогающие пациентам восстановить двигательные функции.

- Роботы-протезы для людей с физическими ограничениями.

- Роботы-космонавты.

Мягкие роботы также могут использоваться в промышленности, включая пищевую промышленность и розничную торговлю, для автоматизации процессов, таких как обнаружение испорченных продуктов и перестановка товаров.

Роботы — это не миф, а реальность современного мира

Современные производства широко используют роботов в различных сферах: в быту, коммуникациях и сфере развлечений. Компания Promobot разработала многофункционального андроида, который может быть консультантом, промоутером, консьержем, экскурсоводом. Российские роботы-пылесосы обеспечивают эффективную уборку и даже могут управляться дистанционно: голосовыми командами.

Робототехника не обошла стороной и хирургию. Были разработаны робот-хирург и робот-помощник для нейрохирурга, они улучшают точность и скорость операций. Робот LevshAI в эндоваскулярной нейрохирургии дает тактильную обратную связь хирургу, улучшая контроль операции. Роботы также помогают в реабилитации после операций.

Система образования тоже не исключение, и с каждым годом роль роботов в образовании растет. Уже сейчас они помогают учителям, служат наглядными пособиями и тренажерами. Например, роботы в медицинских университетах имитируют пациентов. Робот РОМА предназначен для обучения студентов программированию, конструированию, информационным технологиям и робототехнике . Робот ""Бабочка"" знакомит с основами робототехники, мехатроники и компьютерного зрения. С каждым годом роль роботов в образовании растет.

Российская компания «СМП Роботикс» выпускает мобильных помощников для различных задач: роботы-обходчики для обнаружения утечек газа и нефтепродуктов, роботы для обследования электрооборудования и тепловизионных проверок, мобильные роботы для экологического мониторинга и охраны территорий. Они могут перемещаться и выполнять разные функции: дистанционный осмотр оборудования и контроль качества воздуха. Кроме того, они разрабатывают автономных роботов-доставщиков и виртуальных голосовых помощников для разных сфер применения.

Современные роботы, известные как устройства телеприсутствия, помогают людям работать удаленно через Интернет и Wi-Fi. Самые известные среди них это российские модели: R.Bot и Webot. R.Bot позволяет посещать занятия лицам с ОВЗ, консультировать пациентов, проводить мероприятия. Webot позволяет наблюдать и общаться с людьми, а также выполнять функции супервайзинга. Роботы телеприсутствия также используются в экстренных и опасных ситуациях, в роли сиделок и охранников.

Разработка игры в виртуальной реальности

Тенденцией последних лет является активное внедрение и использование интерактивных инструментов: технологии виртуальной и дополненной реальности.

Дополненная реальность проектирует цифровую информацию на экраны устройств и объединяет ее реальным миром, в то время как виртуальная реальность с помощью 360° изображений переносят нас в искусственные миры, полностью изменяя окружающую среду.

В рамках мастер-класса по разработке игры в формате виртуальной реальности с использованием механики стрельбы из лука обучающиеся познакомятся с движком для разработки игр Unity, научатся собирать сцену с игровой механикой стрельбы из лука по противникам. После сборки собственного виртуального мира каждый сможет запустить игру в формате виртуальной реальности в VR-шлеме и поиграть в него.

Мастер-класс будет проходить в форме интенсива в составе трех занятий:

1. Среда Unity и Project View.

2. Анимация в Unity и создание игрового проекта.

3D-проектирование Blender в среде Unity.

Unity – это инструмент для разработки двух- и трехмерных игровых приложений. Проект в Unity делится на сцены – отдельные файлы, содержащие свои игровые миры со своим набором объектов, сценариев и настроек.

В Unity используются различные виды анимации:

- Анимация твердого тела используется для создания готовых последовательностей анимации, которые перемещают или изменяют свойства объектов.

- Анимация на основе скелета изменяет в ключевых кадрах движение и деформацию внутренних частей объекта.

- Анимация спрайтами состоит - последовательное проигрывание изображений с определенной скоростью для создания непрерывной анимации.

- Анимация, основанная на физике позволяет управлять поведением объектов (падение, взлет).

- Анимация частицами используется для создания нематериальной анимации с множеством подвижных частиц (дождь, снег).

- Анимация с помощью системы Mecanim позволяет создавать анимированные персонажи.

В ряде проектов могут быть использованы готовые 3D-модели игрового окружения, например в программе Blender. Это приложение повышает гибкость игровой разработки и помогает сделать игру качественнее.

Новейшие технологии играют важную роль в обучении детей с физическими, социальными или когнитивными нарушениями, создавая инклюзивную учебную среду с учетом потребностей и возможностей каждого.

Lego Education Mindstorms EV3- миссия Луна: стань участником космической программы

В России и во всем мире исследование космоса является лидирующим направлением научной деятельности. Несмотря на значительные достижения в этой области, многие вопросы до сих пор остаются без ответов.

Время показало, что роботизированные космические миссии оказались более экономичными, чем пилотируемые, а достижения в области технологий еще больше снизили стоимость роботизированных миссий, что сделало их предпочтительным выбором для будущих космических исследований.

Марсоход Curiosity, состоящий их 295 деталей, является детищем инженера Стивена Пакбаза, который фактически работал над реальной программой Curiosity и понял, что его концепция может стать реальностью благодаря социальной платформе CUUSOO от Lego.

Робототехнические конструкторы Lego – одно из самых популярных средств для обучения робототехнике школьников всех возрастных категорий.

Lego Education Mindstorms EV3 — образовательная робототехническая платформа, разработанная специально для учебных заведений. С помощью неё ученик сможет уже за первое занятие создать свой первый робот.

Базовый набор Mindstorms EV3 Lego Education содержит микрокомпьютер EV3, основные датчики, моторы и строительные элементы, необходимые для построения более сложных моделей из инструкций дополнительных наборов.

В приложении Ev3 Classroom используется язык программирования, основанный на методологии Scratch - один из самых популярных и широко используемых в обучении графических языков программирования. Благодаря интуитивно понятному интерфейсу, основанному на перетаскивании элементов, обучающиеся смогут в кратчайшие сроки научиться программировать и создавать сложные программы.

Дружественный интерфейс, а также интуитивно понятный механизм создания программ в среде Ev3 Classroom обеспечивают создание программного кода с элементами визуализации и игровых технологий в достаточно сжатые сроки, что обеспечивает легкость вовлечения в процесс программирования робота.

С применением программы Ev3 Classroom. Используя базовый набор команд, можно также написать программу, Экспериментальный пуск которой обеспечит реализацию движений робота-лунохода ""Curiosity"", имитирующих выполнение задач на Луне.

Интерактивные российские проекты в VR

Образовательный VR/AR-фильм «Наш космос»

Из фильма школьники узнают об истории отечественной космонавтики, особенностях подготовки к космическим полетам, управлении полетами, перспективах развития российской космонавтики и космодроме «Восточный» – одном из самых масштабных проектов России ХХI века.

Виртуальное путешествие по России

Уникальный проект «Русского географического общества», который изначально представлял собой VR-фильм, снятый в разных уголках России по технологии сферического видео 360°. После премьеры в Москве фильм отправился в тур по стране, где его смотрели в специально организованных VR-театрах. Вместе с фильмом в поездку следом отправилась выставка «Путешествие по России. 360°», составленная из фотографий, сделанных в ходе съемок и рассказывающая о местах, где снимался фильм, для просмотра которой лучшим решением является использование VR-очков.

VR-археология. Тайны Куликова поля

Квест, созданный с использованием современных технологий, реализован при поддержке Министерства культуры Российской Федерации. Благодаря ему, в виртуальной реальности можно прикоснуться к процессу раскопок и реставрации артефактов, обнаруженных на Куликовом поле. За основу взяты артефакты из хранилища Государственного музея-заповедника «Куликово поле».

«Наука в формате 360°»

Вместе с учеными, представляющими самые различные научные области, можно оказаться в настоящих исследовательских лабораториях, узнать, как «читают» гены, расследуют происхождение археологических находок, выращивают безвирусные растения, и побывать в центре ускорителя частиц, помогающего раскрывать загадки природы.

Виртуальная лаборатория

Виртуальная лаборатория представляет собой программный комплекс для моделирования процессов динамики газовых потоков и осушки сыпучих материалов в вертикальных системах с псевдоожиженным слоем. Основная цель, которую преследовали разработчики, – поиск оптимальных геометрических характеристик аппарата кипящего слоя, исследование процесса формирования потока газа на осушку и качества готовой продукции.

Для лучшего понимания и ознакомления с другими захватывающими проектами, рекомендуем Вам ознакомиться с полной версией документа, которая доступна для скачивания.