Актуальность робототехники среди молодежи.

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ЗАМЕНЫ ЧЕЛОВЕКА РОБОТОТЕХНИКОЙ

История появления робототехники.....................................................2

Первые роботы в истории.....................................................................3

Актуальная роль современной робототехники...................................4

Классификации роботов........................................................................5

Структура робота...................................................................................6

Искусственный интеллект (ИИ) в робототехнике..............................9

Недостатки и преимущества робототехники....................................10

ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ АКТУАЛЬНОСТИ РОБОТОТЕХНИКИ СРЕДИ МОЛОДЕЖИ

Результаты социологического опроса.....................................................................................................................14

Вывод....................................................................................................16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................17

ПРИЛОЖЕНИЕ.....................................................................................................18

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ЗАМЕНЫ ЧЕЛОВЕКА РОБОТОТЕХНИКОЙ

История появления робототехники

Робототехника развивалась бок о бок с цивилизацией. За последние 100 лет роботы претерпели существенные изменения и взошли на новый виток развития. Если раньше робототехника подразумевала создание механической конструкции, которая выполняла действия, подобные человеческим, то сегодня, робототехника – совсем другие технологии. Сами роботы давно переросли человеческие размеры (как в большую, так и в меньшую сторону) и расширили способности. В XXI веке основам робототехники обучаются с малого возраста, так как будущее человечества неразрывно связано с этой областью [1].

Многие исследователи говорят о том, что предпосылки возникновения робототехники уходят корнями в древние времена, когда воздвигали статуи Богов с подвижными частями тела. В XIII веке немецкий ученый Альберт Великий изобрел прототип первого андроида: металлическая фигура была ростом с человека и открывала дверь, когда в нее стучали. Над этим проектом он трудился 30 лет. Тем не менее тенденция к созданию человекоподобных моделей получила развитие: в XV веке немецкий механик Турианус собрал механическую куклу, играющую на флейте. Затем в Италии появилась девочка-робот, которая играла на цитре и танцевала, а в Германии появился роботизированный театр из маленьких фигурок пекаря, маляра и булочника. Кстати, Восток тоже не стоял на месте. В Японии были популярны чайные куклы, которые приносили чай гостям. В XVIII веке наступил расцвет часового мастерства, что привело к новому витку развития андроидов. Механики создавали роботов, умеющих писать, рисовать, играть на музыкальных инструментах. Однако все созданные модели подходили для развлечения и не выполняли практических задач. Вместе с угасанием часового дела начал ослабевать и интерес к робототехнике. Полноценный интерес к робототехнике вернулся в XX веке вместе с развитием электротехники и электроники. Роль катализатора развития в этот период сыграла, как ни странно, литература. Появилось множество произведений, в которых фигурировали роботизированные системы и, в частности, андроиды [1].

Теоретической основой современной робототехники стала кибернетика, а точнее бионика. Современная робототехника появилась лишь во второй половине XX века, так как именно в это время назрела необходимость роботов-машин, без которых невозможно развернуть комплексную роботизацию производства. Так, с 1950-х годов началось активное внедрение на производство манипуляторов. Самые первые появились для атомных исследований, затем для глубоководной техники, металлургии и т. д. [1].

Первые роботы в истории

Мысль о том, как бы облегчить себе жизнь, занимала ещё древних греков. Например, инженер Филон Византийский сконструировал у себя дома механизм, который сам наливал в чашу вино и по греческой традиции смешивал его в определённой пропорции с водой. В это же время в III в до н. э. египтяне построили на острове “Фарос” маяк, который венчали женские фигуры. Днём их и так было хорошо видно, а ночью они искусственно подсвечивались, поворачивались, били в колокол и издавали звуки наподобие пения. Всё это было хорошо слышно на море и помогало морякам, особенно в непогоду, определить приближение суши [2].

По общепринятому мнению, изобретателем первого робота считается Леонардо да Винчи. Именно ему пришла в голову мысль создать искусственного человека, который мог бы выполнять определённые действия. До наших дней дошли чертежи этого изобретения. Вероятнее всего, идея осенила ученого во время изучения человеческого тела. На схеме, которую современники обнаружили в 50-е годы прошлого века, видно, что устройство представляло собой ряд соединённых шестерёнками рычагов, которые позволяли образцу выполнять простые человеческие движения: поднимать руки, ходить, двигать головой. Предполагалось облачить механизм в доспехи. Однако во времена Леонардо эта идея не была воплощена в жизнь и осталась в виде чертежа.

Мы можем увидеть задумку Леонардо благодаря работе другого итальянца – нашего современника профессора Марио Таддей, посвятившего всю свою жизнь исследованию творчества да Винчи и считающегося в этом деле крупнейшим знатоком. Он осуществил идею великого инженера: собрал искусственного человека и, как и было задумано в 1495 году, облачил его в доспехи [2].

Актуальная роль современной робототехники

Актуальная роль современной робототехники заключается в том, что робототехника играет все более важную и широкую роль в различных областях жизни, таких как производство, медицина, образование, наука и техника. Роботы могут автоматизировать многие задачи, увеличивая производительность, снижая затраты и повышая безопасность. Кроме того, роботы могут выполнять задачи, которые трудно или опасно выполнить человеку, а также помогать людям с ограничениями в поддержании самостоятельности. Таким образом, робототехника имеет значительный потенциал для улучшения качества жизни и продвижения технологического прогресса.

Классификации роботов

Основными классами роботов являются манипуляционные и мобильные роботы:

Манипуляционный робот – автоматическая машина (стационарная или передвижная), состоящая из исполнительного устройства в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, и устройства программного управления, которая служит для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций. Такие роботы производятся в напольном, подвесном и портальном исполнениях [4].

Мобильный робот – автоматическая машина, в которой имеется движущееся шасси с автоматически управляемыми приводами. Такие роботы могут быть колёсными, шагающими и гусеничными (существуют так же ползающие, плавающие и летающие мобильные робототехнические системы) [4].

Структура роботов

В настоящее время составляющие робота представляют собой сложные механизмы, и механизмы робота функционировали корректно, эти механизмы нужно тщательно программировать. Роботов делают во всем мире, иногда они совершенно не похожи на людей, иногда наоборот.

На самом базовом уровне люди состоят из пяти основных компонентов:

• структура тела;
• система мышц, которая движет телом;
• система органов чувств, которая получает информацию о теле и окружающей среде;
• источник энергии, питающий мышцы и органы чувств;
• мозговая система, которая обрабатывает информацию от органов чувств и дающая указания мышцам.

Роботы делаются из аналогичных компонентов (Рис. 9). Обычный робот обладает подвижной физической структурой, электродвигателем определенного рода, системой сенсоров (датчиков, органов чувств), блоком питания и компьютерным «мозгом», который контролирует все эти элементы. По существу, роботы – это техногенные версии животной жизни. Это машины, которые копируют поведение людей и животных [5].

У подавляющего большинства роботов действительно есть общие черты. Прежде всего, почти у всех роботов есть подвижное тело. Некоторые обладают только моторизованными колесами, у других есть десятки подвижных сегментов, как правило, из металла или пластика. Как кости в вашем теле, отдельные сегменты соединяются вместе с помощью суставов [5].

Колеса робота и поворотные суставные сегменты активизируются при помощи приводов разного рода. Некоторые роботы используют электродвигатели и соленоиды в качестве актуаторов (приводов); некоторые используют гидравлическую систему; некоторые – пневматическую систему (на основе сжатых газов). Роботы могут использовать все эти типы приводов [5].

Робот нуждается в источнике питания, чтобы управлять этими приводами. Большинство роботов либо оснащены батареей, либо работают от обычной розетки. Гидравлическим роботам нужен насос для создания давления в гидравлической системе, а пневматическим роботам нужен воздушный компрессор или баллоны со сжатым воздухом [5].

Все приводы подключаются к электрической цепи. Цепь напрямую питает электродвигатели и соленоиды, что активизирует гидравлическую систему при помощи электрических клапанов. Клапаны направляют сжатую жидкость через машину. Для перемещения гидравлической ноги, например: оператор робота должен открыть клапан, ведущий от жидкостного насоса к поршневому цилиндру, закрепленному на ноге. Жидкость под давлением будет двигать поршень, толкая ногу вперед. Чтобы двигать конечностями в обоих направлениях, роботы используют поршни, которые могут толкаться в обе стороны [5].

Компьютер робота управляет всем, что подключено к цепи. Чтобы передвигать робота, компьютер активирует все необходимые двигатели и клапаны. Большинство роботов можно перепрограммировать, чтобы изменить поведение – достаточно просто ввести новую программу в компьютер. Робототехники могут комбинировать эти элементы в бесконечное число способов создания роботов неограниченной сложности [5].

Программирование роботов может происходить совершенно на разных языках и в совершенно разных программах. Для этого существуют два основных метода программирования:

Конвейерный подход – этот сценарий подразумевает следующие этапы, из которых складывается процесс:

• Отслеживание информации со встроенных датчиков робота. Все полученные данные превратятся во вводные, которые будет получать машина для выполнения своих задач.

• Анализ состояния. Используя вводные данные, полученный на предыдущем этапе, составляется описание основных характеристик системы. Оценивается скорость передвижения робота, его ориентация в пространстве и так далее.

• Построение моделей и прогнозирование. Этот этап представляет собой динамическую работу, при которой периодически оказывается помощь в оценке состояния робота и его модели.

• Планирование. На данном этапе определяют набор действий, который необходим для того, чтобы поставленная задача была решена.

• Управление. Команды преобразуются, и появляется возможность модифицировать программу, управляющую поведением робота.

Биологический подход – данное обучение робота основывается на имитации нейронной мозговой деятельности человека, то есть робота учат, и со временем он содержит в себе всё больше информации, с помощью которой он сможет решать поставленные для него задачи [9].

Искусственный интеллект в робототехнике

Искусственный интеллект (ИИ) (рис. 10) играет важную роль в области робототехники. Роботы, оснащенные ИИ, способны выполнять сложные задачи, принимать решения на основе окружающей среды, обучаться и взаимодействовать с людьми. ИИ помогает роботам эффективно работать в различных сферах, таких как производство, медицина, обслуживание клиентов, образование и другие.

Одним из основных направлений применения искусственного интеллекта в робототехнике является развитие автономных роботов, способных самостоятельно принимать решения на основе анализа данных и обучения. Такие роботы могут выполнять разнообразные задачи без постоянного управления оператором, что существенно увеличивает производительность и гибкость производственных процессов.

Искусственный интеллект также применяется для оптимизации работы роботов в реальном времени. Алгоритмы машинного обучения позволяют роботам быстро адаптироваться к новым условиям и оптимизировать свои действия для достижения наилучших результатов. Например, роботы могут самостоятельно корректировать траекторию движения, исходя из изменений в окружающей среде, или оптимизировать распределение ресурсов для максимизации производительности.

Одним важным аспектом применения искусственного интеллекта в робототехнике является развитие систем машинного зрения и распознавания образов. Благодаря ИИ роботы могут анализировать изображения и видео, распознавать объекты, людей и ситуации, что позволяет им эффективно взаимодействовать с окружающей средой и выполнять сложные задачи, требующие визуального восприятия.

Также, искусственный интеллект имеет необходимую роль в развитии коллаборативных роботов, способных безопасно взаимодействовать с людьми и выполнять совместные задачи. Благодаря ИИ, роботы могут адаптировать свое поведение к движениям и действиям людей, обеспечивая безопасное и эффективное сотрудничество на производстве.

Применение искусственного интеллекта в робототехнике открывает широкие перспективы для улучшения процессов решения, а также создания более гибких и интеллектуальных систем, способных адаптироваться к изменяющимся условиям технологий [5].

Недостатки и преимущества робототехники

Роботы созданы наукой для облегчения процессов деятельности человечества, робототехника имеет много преимуществ, но за этими преимуществами скрываются значительные недостатки:

К недостаткам робототехники относятся такие проблемы как:

1. Потеря рабочих мест: Автоматизация и внедрение робототехники могут привести к сокращению рабочих мест для людей. Там, где раньше требовалась ручная работа, теперь ее могут выполнять роботы, что может привести к социальным и экономическим проблемам.
2. Этические вопросы: Этические вопросы возникают в связи с развитием робототехники. Например, как регулировать использование роботов в военных целях или при принятии жизненно важных решений, таких как хирургические операции. Также возникает вопрос о приватности данных и безопасности, поскольку роботы могут собирать и обрабатывать большое количество личной информации.
3. Зависимость от технологий: Расширение использования роботов может привести к зависимости от технологий. Если мы станем слишком зависимы от роботов и искусственного интеллекта, возможны сбои систем или отказы, которые могут серьезно нарушить нашу повседневную жизнь и вызвать значительные неудобства.
4. Обслуживание роботов: если не обслуживать робота, то в нём со временем будут возникать разнообразные неисправности, это может вызвать целый ряд проблем и убытков, зависящих от сферы в котором используется робот.
5. Ограниченность взаимодействия и эмоций: Роботы, несмотря на значительный прогресс в развитии искусственного интеллекта, все еще ограничены в своей способности эмоционального взаимодействия с людьми. Они не обладают эмоциональным интеллектом, и их способность понимать и отвечать на сложные эмоциональные состояния ограничена.
6. Угроза для безопасности и приватности: Вмешательство роботов в нашу повседневную жизнь может создавать угрозы для безопасности и приватности. С ростом интернета, вещей и подключенных устройств, роботы могут стать объектами хакерских атак и злоупотреблений. Нарушение конфиденциальности данных, взлом систем управления или использование роботов в качестве инструментов для незаконных действий, всё это - является потенциальной угрозой [6].

К преимуществам относятся следующие пункты:

1. Автоматизация и повышение производительности: Роботы играют важную роль в промышленности, помогая автоматизировать рутинные задачи и повышая производительность. Они способны работать непрерывно без усталости, совершать монотонные действия и выполнять задачи с большей точностью и скоростью
2. Работа в опасных условиях: Роботы эффективно применяются в опасных и вредных для здоровья условиях, где работа человека может быть рискованной или невозможной.
3. Медицина и здравоохранение: Робототехника находит широкое применение в медицинской сфере. Хирургические роботы позволяют осуществлять сложные операции с большей точностью и минимальным воздействием на ткани. Роботы-помощники в реабилитации могут помогать пациентам восстановить моторику и поддерживать их физическую активность.
4. Улучшение качества жизни: Роботы могут значительно улучшить качество жизни людей, особенно тех, кто сталкивается с физическими ограничениями или потребностями в постоянной помощи. Роботы-помощники могут выполнять задачи домашнего хозяйства, помогать в передвижении или обеспечивать постоянный мониторинг здоровья.
5. Образование и исследования: Роботы играют важную роль в образовательном процессе. Они могут быть использованы в классах для обучения детей программированию, науке и другим навыкам. Роботов применяются в научных исследованиях, позволяя достигать отдаленных или опасных мест, собирать данные и расширять понимание окружающего мира [6].

ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ ЗАМЕНЫ ЧЕЛОВЕКА РОБОТОТЕХНИКОЙ

Результаты социологического опроса

Для решения поставленных задач по выяснению, насколько велик шанс замены человека роботом, нами был проведен социологический опрос среди 28 учеников 10-го класса БОУ г. Омска «Средняя общеобразовательная школа №36» в возрасте от 16 до 17 лет.

Ученикам было предложено ответить на ряд вопросов. Приведем результаты полученного опроса. (Наглядно результаты опроса представлены в приложении)

Вопрос №1. Вы знакомы с робототехнической сферой?

• Да – 78,6%
• Затрудняюсь ответить – 7,1%
• Нет – 14,3%

[Рисунок 12]

Вопрос №2. Как часто вы встречаете роботов в своей жизни?

• Часто – 14,3%
• Иногда – 57,1%
• Редко – 28,6%

[Рисунок 13]

Вопрос №3. Как по вашему мнению робототехника влияет на мир?

• В лучшую сторону – 85,7%
• Никакого влияния – 14,3%
• Отрицательно – 0%

[Рисунок 14]

Вопрос №4. Есть ли у вас опыт работы с робототехникой?

• Да, профессиональный – 0%
• Да, учебный – 42,9%
• Нет – 57,1%

[Рисунок 15]

Вопрос №5. Как вы считаете, насколько важно развитие робототехники среди молодежи для будущего?

• Важно – 71,4%
• Нейтрально – 28,6%
• Не важно – 0%

[Рисунок 16]

Вопрос №6. Хотели бы вы в будущем связать свою карьеру с областью робототехники?

• Да – 42,9%
• Нет – 35,7%
• Возможно – 21,4%

[Рисунок 17]

Вопрос №7. Что, на ваш взгляд, могло бы привлечь больше молодежи к изучению робототехники?

• Больше образовательных мероприятий – 35,7%
• Популяризация успешных проектов – 35,7%
• Привлекательные возможности для участия – 28,6%

[Рисунок 18]

Вывод: опрос показал, 78,6% из 28 опрошенных знакомы с робототехникой, 42,9% - хотят связать свою карьеру с робототехнической сферой и 42,9% имеют учебный опыт работы с робототехникой, это означает что робототехника стала достаточно распространенной среди молодежи в последнее время. Большинство опрошенных уверены, что робототехника влияет на мир в лучшую сторону, и развитие робототехники среди молодежи достаточно важный фактор. Часть из опрошенных предполагают, что интерес к робототехнической сфере поднимется среди молодежи благодаря росту количества образовательных мероприятий и популяризации успешных проектов в робототехнике.

Чем больше младшее поколение заинтересованно робототехнической наукой в данный момент, тем выше шанс появления личностей способных возвести робототехнику на совершенно иной уровень в будущем, и сделать невероятно важный вклад в данную науку, ведь за ней будущее человечества.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. История появления робототехники - Режим доступа:

(Дата обращения: )

2. Первые роботы в истории - Режим доступа:

(Дата обращения: )

3. Классификация роботов - Режим доступа:

(Дата обращения: )

4. Теоретические основы робототехники. В 2 кн. / А.И. Корендясев, Б.Л. Саламандра, Л.И. Тывес ; отв. ред. С.М. Каплунов ; Ин-т машиноведения им. А.А. Благонравова РАН. - М.: Наука, 2006.

(Дата обращения: )

5. Искусственный интеллект - Режим доступа:

(Дата обращения: )

6. Недостатки и преимущества робототехники - Режим доступа:

(Дата обращения: )