Předmět diskuse: Robotika a autonomní systémy
V tomto článku budeme diskutovat o základních myšlenkách robotiky a autonomních systémů s několika vnímáními a studiemi pozadí. Článek „Robotika a autonomní systémy“ poskytne odpovědi i v následujících tématech.
- Co je to robot?
- Pozadí robotiky
- Otec robotiky
- Co je to autonomní systém?
- Jak se liší od robota?
- Srovnání mezi robotikou a autonomními systémy
- Jsou dnes všichni autonomní roboti skutečnými roboty?
- Existuje něco, co robot nedokáže?
- Jaká je hlavní nevýhoda používání robota?
- Převezmou roboti lidi?
- Jaké jsou aplikace robotiky a autonomních systémů?
- Typy robotů podle aplikací
- Typy robotů podle média interakce
- Budoucnost robotiky a autonomních systémů
Co je to robot?
A robot je stroj, konkrétně ten, který mohou lidé naprogramovat pomocí počítače tak, aby automaticky prováděl řadu složitých akcí. Jinými slovy, robot je autonomní stroj, který je navržen a postavené tak, aby replikovaly pohyby podobné lidem.
Roboti mohou být poloautonomní nebo plně autonomní v závislosti na rozsahu jejich kontroly. První druh je obvykle řízen lokalizovaným řídicím zařízením externě k robotu, zatímco druhý má obvykle v sobě zabudovaný řídicí systém. Odvětví technologie, které odpovídá za kompletní vývoj robota, od jeho návrhu až po vývoj jeho funkčnosti, se nazývá robotika.
Isaac AsimovV roce 1942 představil tři zákony robotiky, které se stále používají jako šablona pro vedení nás k vývoji robota:
Pozadí robotiky
termín 'robot" je odvozen od slovanského kořene, který má významy identifikovatelné s 'práce". Jedním z prvních incidentů, které byly svědky raného zrození robotiky, byl vývoj mechanického zařízení kolem roku 3000 př. N.l., které bylo zkonstruováno tak, aby pravidelně provádělo konkrétní fyzický úkol. Úkolem bylo udeřit do hodinových zvonů v egyptských vodních hodinách a za tímto účelem postavili lidské figurky.
V éře roku 400 př. N.l. došlo v robotice k dalším inovacím vynálezce kladky a šroubu, Archytase z Tarenta, který vyvinul létajícího holuba ze dřeva. Hydraulicky ovládané sochy ji následovaly v helénském Egyptě během roku 200 př. N. L. Panenka postavená Petroniusem arbitrem v roce 100 př. N. L. Byla první instance humanoidního robota. Giovanni Torriani byl tvůrcem dřevěného robota, který v roce 1557 mohl z obchodu vyzvednout císařův denní chléb.
19. století bylo také svědkem mnoha robotických výtvorů, jako byla Edisonova mluvící panenka a Kanaďany parní robot. Navzdory těmto kořenům inspirace pro moderního robota vědecký pokrok v robotice a autonomních systémech dosažený ve 20. století výrazně překonal předchozí pokroky.
Otec robotiky
Geroge C. Devol byl vynálezce z Louisville v Kentucky, který vyrobil nejdříve roboty, které známe, na počátku padesátých let. Vynalezl přeprogramovatelný manipulátor a patentoval jej jako „Unimate, “Z„ Universal Automation “. Během příštího desetiletí učinil několik pokusů o vytvoření trhu pro svůj produkt v robotice a autonomních systémech, ale neuspěl. Josef Angleberger získal patent robota Devol na konci 1960. let. Byl to inženýr a obchodník, který jej upravil na průmyslového robota a založil společnost s názvem Unimation pro výrobu a prodej robotů. Angleberger byl ve svém úsilí úspěšný a v průmyslu je znám jakoOtec robotiky".
Shakey byl pokrok oproti původnímu Unimate ze strany Stanford Research Institute v roce 1958, který byl navržen pro specializované průmyslové aplikace, i když omezen na akademickou sféru. Shakey zlepšil úroveň vnímání pomocí svých televizních „očí“ a měl kolečka pro pohyb po neznámém prostředí. Mohlo by to do určité míry také reagovat na jeho prostředí. Jméno, které Shakey přisuzoval jeho vratkému a řinčivému pohybu.
Srovnání mezi robotikou a autonomními systémy
Co je to autonomní systém? Jak se liší od robota?
Robotika a autonomní systémy: Autonomie je schopnost systému činit vlastní rozhodnutí na základě toho, jak vnímá okolní prostředí. Autonomie u lidí generuje schopnost vykonávat nejzákladnější a nejsmysluplnější úkoly zahrnující jejich končetiny a další vnější části těla. Může sahat od chůze a mluvení po jídlo a zvedání různých věcí. Autonomie je tedy charakteristikou samotného robota, který rozhoduje o rozsahu kontroly, kterou může mít při reakci na vnímané prostředí.
3 body robotiky a autonomních systémů
Tři koncepty, které hrají klíčovou roli při vývoji autonomních akcí v robotu, jsou vnímání, rozhodování a ovládání.
Vnímání:
Pět základních smyslů má nejvýznamnější důraz, pokud jde o vnímání u lidí. Používáme oči, uši, nos, jazyk a pokožku k vnímání okolního prostředí prostřednictvím zraku, konkurzu, čichu, chuti a dotyku. Tyto druhy smyslů jsou robotovi přivedeny pomocí široké škály senzorů, které fungují jako vstupní zařízení robota.
Ve skutečnosti je v dnešním informačním věku internet sám o sobě mořem dat, která mohou být dodána do robotiky a autonomních systémů jako informační vstupy. Takový nehmotný zdroj informací se liší od konvenčních senzorů založených na hardwaru. Například laserové skenery a stereovizní kamery mohou fungovat jako oči robota, senzory nárazu mohou poskytnout vnímání ekvivalentní lidské kůži a senzory síly a točivého momentu mohou poskytnout výpočet svalové zátěže.
Rozhodnutí:
U lidí nervový systém vysílá ve vhodný čas signál do mozku, který činí většinu rozhodnutí o tom, jak by tělo mělo reagovat na určité prostředí. Mozek odpovídá za nejsložitější z přijatých rozhodnutí. Přesto někdy je reflexní chování v prostředí představujícím nebezpečí příkladem naší komplexní anatomie, která ovládá mozek. Říkáme tomu situace „bojuj nebo utíkej“. Proto je naše tělo dostatečně chytré, aby rozhodlo o našich činech, které nás udrží v bezpečí, ještě než mozek pochopí případ v blízkosti nebezpečných prvků.
Autonomní roboti napodobují podobný systém rozhodování. Počítač funguje jako mozek robota, který vnímá prostředí, chápe jeho poslání / účel a postupuje v souvislosti s ním. Autonomie poskytuje robotovi schopnost přidat do svého rozhodovacího procesu chytrost. Je to jako provozovat stroj v bezpečném režimu. Autonomní robot bude dostatečně chytrý, aby vycítil nebezpečí kolem sebe a po cestě buď zastavil, nebo změnil svůj postup. Autonomie přináší rovnocennost neurologickému systému podobnému člověku v robotech.
Akce:
Svalové tkáně fungují jako aktivátory u lidí. Operují se chemickými signály vysílanými do mozku. Tyto svaly mohou mít různé druhy tvaru, pokud jde o funkci, kterou mají vykonávat. Roboti mají také různé typy akčních členů, které pracují pomocí motoru a nekonečných permutací. Motor funguje jako srdce akčního členu. Tento pohon může být hydraulický, pneumatický a dokonce elektrický. Hydraulické pohony využívají kapaliny, pneumatické pohony využívají tlaku vzduchu, kde poslední využívá elektrický proud k přeměně energie na požadovaný pohyb.
Jsou dnes všichni autonomní roboti skutečnými roboty?
Definice robota byla v průběhu let několikrát roztržena, aby lépe vyhovovala marketingovým trendům. Termín byl zaměnitelně používán u předprogramovaných strojů využívajících počítač a opakovaně opakují stejný proces, který byl zaveden do jejich řídicího systému.
Dnes jsou průmyslová robotická ramena, která provádějí primární operaci „pick and place“, nejvýznamnějším příkladem takových předprogramovaných strojů, které nemají schopnost vnímat neznámé prostředí. Pokud by se například takový robot naučil cestovat z jednoho místa na druhé bez překážek, aby mohl vykonávat určitou práci, byl by schopen provést totéž v náhodném prostředí přesných souřadnic polohy, ale plných překážek? No, ne. Je to proto, že nemohou porozumět náhodnému prostředí a poučit se z jeho nejistot.
Na druhou stranu je robotický vysavač Roomba skutečným robotem, protože dokáže vnímat prostředí mimo jeho paměť a rozhodovat o dalším postupu. Jednoduše řečeno, pokud Roomba narazila na hračku na podlaze, bude schopna změnit směr a posunout se dopředu ke svému cíli.
Existuje něco, co robot nedokáže?
I když robot dosáhne úrovně inteligence ekvivalentní lidské, jedna věc, která mu bude vždy chybět, je empatie. Robot se nikdy nemůže postarat o dítě jako matka. Nebude také schopen přidat proces učení a mentální růst dítěte, což vyžaduje skutečnou lidskou interakci.
Bez ohledu na to, jak moc pokročíme v zdokonalování kuchaře (robot, který umí vařit), nikdy nemůže být dost chytrý na to, aby zvládl kuchařské umění. Protože robot nemůže cítit ani chutnat a nikdy by nevyvinul schopnost intuitivního míchání a měření ingrediencí, která z člověka udělá kuchaře.
Robot také nemůže rozvíjet tvůrčí schopnost stát se umělcem. Můžeme tedy bezpečně uznat, že v lidech existují určité vlastnosti, které nelze uměle vytvořit v autonomním stroji a které udržují lidský druh odlišný od ostatních živých organismů, natož robotů.
Jaká je hlavní nevýhoda používání robota?
Požadavky na napájení a údržba:
Druh energie, kterou robot spotřebuje na provoz 24 × 7 v továrnách a průmyslových odvětvích, představuje značnou investici. Rozsah údržby, který vyžaduje, a vybavení, které potřebuje pro opravy a stálý provoz, stojí takové peníze, které mohou odvést práci lidské práci. V případě rozpadu se to pouze zvýší na finanční ztráty společnosti.
Závislost programu:
Vzhledem k tomu, že roboti striktně dodržují programy přiváděné do jejich systému, často jim chybí sebemenší míra chyb a představují problém samotnému tvůrci.
Ztráta zaměstnání:
A konečně, pokud roboti převezmou veškerou práci lidských bytostí, ovlivní to lidské tělo kvůli nedostatku zásadního pohybu a cvičení. Rovněž způsobí, že lidská mysl bude nečinná.
Jaká je budoucnost robotů? Převezmou roboti lidi?
Robot vs. člověk
Robotik Ken Goldberg říká, že musíme přestat myslet na roboty jako na problém lidstva, ale vnímat je jako něco, co může s mužem spolupracovat na lepších věcech. Pokud se zeptáme, zda roboti někdy převezmou lidské bytosti, pak je to uklidňující srdce, že se takového povstání robotů tak brzy nedočkáme.
Nerozumíme však zdaleka tomu, že je docela komplikované, co děláme my, lidské bytosti. A to, co roboti dokážou provádět až do dnešního dne, je v přírodě docela rudimentární. Bez ohledu na to, jak blízko se humanoidní roboti v estetice zdají lidem, robotika a autonomní systémy jsou daleko od reality napodobující složité svalové reflexy lidského těla. Robotika a autonomní systémy tak mají v příštích letech obrovský pokrok, ale roboti, kteří ovládají lidstvo, jsou stále vzdálenou realitou.
Jaké jsou aplikace Robot?
Robotika má v automobilovém průmyslu několik typických aplikací, jako je lakování, pájení, svařování a montážní obložení. Toto odvětví převážně využívá roboty pro své opakující se úkoly v logistice a výrobě. Roboti mají uplatnění i v jiných oblastech mimo automobilový průmysl. Proto lze v jeho aplikacích provést širokou klasifikaci v oblasti robotiky a autonomních systémů.
Typy robotů podle aplikací:
Roboti, kteří jsou orientovaní na služby, naopak pomáhají lidem při plnění jejich úkolů. O robotu Roomba jako o domácím robotovi určeném pro vysávání jsme již dříve četli. Obrana má IED (improvizované výbušné zařízení) a průzkumné drony. Lékařská oblast také zaznamenala využití robotiky a autonomních systémů při výcviku a rehabilitaci.
Typy robota prostředkem interakce:
Další způsob klasifikace robotů se týká média interakce s prostředím.
Roboti mohou lokomotiva v prostředí prostřednictvím kteréhokoli ze svých středozemských, vzdušných nebo vodních zdrojů, v závislosti na tom, zda mohou být robotem s nohama nebo koly, podvodním robotem nebo vzdušným vozidlem. Letecké vozidlo lze dále rozdělit na letadla s pevnými a rotačními křídly. Máme také obojživelné roboty, kteří pracují jak na zemi, tak ve vodě. Vědci neustále dělají pokroky i ve vývoji všech terénních robotů. Na následujícím obrázku uvidíme různé aplikace robotiky a autonomních systémů, jako jsou pozemní roboti, vodní roboti a vzdušní roboti. V moderní době existuje několik dalších aplikací robotiky a autonomních systémů.
Koloví roboti jsou široce využíváni v mimozemských studiích povrchu. Zatímco máme podvodní roboty, které se používají jako čističe podlah bazénu nebo ekvivalentního vodního útvaru. Letečtí roboti mají uplatnění v širším spektru oborů, od obranného sektoru po zábavní průmysl.
Pro více článků klikněte zde
Také čtení:
- Příklad uzavřeného systému
- Vizuální systém
- Je dynamická rovnováha systém
- Je hybnost zachována v izolované soustavě
- Systém palivových nádrží letadla
- Země je uzavřený systém
Mám vzdělání v Aerospace Engineering, v současné době pracuji na aplikaci robotiky v obranném a vesmírném průmyslu. Neustále se učím a moje vášeň pro výtvarné umění mě udržuje nakloněnou k navrhování nových inženýrských konceptů.
S tím, že roboti v budoucnu nahradí téměř všechny lidské činy, rád svým čtenářům jednoduchým, ale poučným způsobem přiblížím základní aspekty předmětu. Rovněž bych rád udržoval aktuální informace o pokroku v leteckém a kosmickém průmyslu současně.
