Programarea roboților. Dezvoltarea roboticii

androizi dezvoltator de software, care lucrează la intersecția de Cibernetică, psihologie și behaviorismul (știința comportamentală), și inginer, constituind algoritmi pentru sisteme robotizate industriale, printre care principalele instrumente - matematici superioare și mecatronică, locul de muncă în sectoarele cele mai promițătoare următorii ani - robotica. Roboții, în ciuda noutății comparative a termenului, au fost de mult cunoscuți de omenire. Iată câteva fapte din istoria dezvoltării mecanismelor inteligente.

Oamenii de fier Henri Droux

Chiar și în miturile Greciei antice au fost menționate sclavi mecanici, creați de Hephaestus pentru realizarea unor lucrări grele și monotone. Și primul inventator și dezvoltator al robotului umanoid a fost legendarul Leonardo da Vinci. Până în ziua de azi, au păstrat cele mai detaliate desene ale geniului italian, descriind un cavaler mecanic capabil să imite mișcările umane de mâini, picioare, cap.

Crearea primelor mecanisme automate cu control programatic a fost inițiată la sfârșitul secolului XVIota-Iota-Iota de către ceasornicarii europeni. Cei mai mulți au reușit în acest domeniu tatăl și fiul specialistului elvețian Pierre-Jacques și Henri Droux. Au creat o serie întreagă umanii roboți ("baiatul scrierii", "scenaristul", "muzicianul"), în baza cărora se află ceasul. A fost în onoarea lui Henri Dro, în viitor, toate programele automate umano-programabile au început să se numească "androizi".

Originea programării

Bazele programării roboți industriali au fost așezate la începutul secolului al XIX-lea în Franța. Aici au fost elaborate primele programe pentru mașinile automate textile (filare și țesere). Armata cu o creștere rapidă a lui Napoleon avea nevoie de uniforme și, în consecință, de țesuturi. Inventatorul din Lyon, Jacquard Jacquard, a propus o metodă pentru reglarea rapidă a țesutului de țesut pentru producerea diferitelor tipuri de produse. Adesea, această procedură necesită o mare cantitate de timp, eforturi colosale și atenția întregii echipe. Esența inovației a fost aceea de a folosi cartele de carton cu găuri perforate. Acele, care intră în locurile tăiate, necesare pentru a înlocui firele. Schimbarea cardurilor a fost efectuată rapid de către operatorul mașinii: o nouă carte perforată - un nou program - un nou tip de țesătură sau model. Dezvoltarea franceză a devenit prototipul sistemelor moderne automate, roboți cu posibilitatea programării.

Ideea propusă de Jacquard a fost folosită cu entuziasm în dispozitivele sale automate de către mulți inventatori:

• Șeful Biroului Statistic SN Korsakov (Rusia, 1832) - în mecanismul de comparare și analiză a ideilor.
• matematician Charles Babbage (Anglia, 1834) - într-o mașină analitică pentru rezolvarea unei game largi de probleme matematice.
• inginer Herman Hollerith (SUA, 1890) - în dispozitivul de stocare și prelucrare a datelor statistice (tabulator). Pentru o notă: în 1911 compania. Hollerith a fost numit IBM (International Business Machines).

Punch cărțile au fost principalii purtători de informații până în anii 60 ai secolului trecut.

Ce este un robot?

Prin numele lor, mașinile inteligente se datorează dramaturgului ceh Karel Čapek. În piesa "R.U.R.", care a fost publicată în 1920, scriitorul a numit robotul un om artificial creat pentru site-uri de producție grele și periculoase (robot (Cehă) - penitenciarul). Și ceea ce distinge robotul de mecanismele și dispozitivele automate? Spre deosebire de acesta din urmă, robotul va efectua nu numai anumite acțiuni, urmând orbește algoritmul prestabilit, dar este capabil să lucreze mai îndeaproape cu mediul și persoana (operatorul), să se adapteze funcțiile sale atunci când semnalele și condițiile externe.

Se consideră că primul robot care a acționat a fost proiectat și implementat în 1928 de către inginerul american R. Wensley. Humanoidul "intelectual de fier" a fost numit Herbert Televox. Lăstarii pionierilor susțin, de asemenea, biologul Makoto Nishimura (Japonia, 1929) și soldatul englez William Richards (1928). Mecanismele antropomorfe create de inventatori au avut o funcționalitate similară: au reușit să-și mute membrele și capul, să execute comenzi vocale și sonore, să răspundă la întrebări simple. Scopul principal al dispozitivelor a fost demonstrarea realizărilor științifice și tehnologice. O altă rundă de dezvoltare tehnologică a permis crearea în prim plan a primelor roboți industriali.

Generație după generație

Dezvoltarea roboticii este un proces continuu, progresiv. Până acum s-au format trei generații distincte de mașini "inteligente". Fiecare este caracterizată de anumiți indicatori și sfere de aplicare.

Prima generație de roboți a fost creată pentru un tip de activitate îngustă. Mașinile pot efectua numai o anumită secvență de operații programate. Dispozitivele de comandă, circuitele și programarea robotului exclud practic practica autonomă și necesită crearea unui spațiu tehnologic special cu echipamentele necesare și sistemele de informare și de măsurare necesare.

Mașinile din a doua generație sunt numite sensibilizate sau adaptive. Roboții sunt programați luând în considerare un număr mare de senzori externi și interni. Pe baza analizei informațiilor provenite de la senzori, se generează acțiunile de control necesare.

În sfârșit, a treia generație - roboți inteligenți capabili să:

• Rezumați și analizați informațiile,
• Pentru a îmbunătăți și a învăța de sine, pentru a acumula abilități și cunoștințe,
• Recunoașteți imaginile și modificările situației și, în concordanță cu aceasta, construiți activitatea sistemului lor executiv.

Baza inteligenței artificiale este algoritmică și software.

Clasificarea generală

La orice expoziție modernă de roboți, varietatea de mașini "inteligente" poate lovi nu numai oamenii obișnuiți, ci și specialiștii. Și ce sunt roboții? Clasificarea cea mai generală și substanțială a fost propusă de omologul sovietic AE Kobrinsky.

Prin desemnarea și îndeplinirea funcțiilor de roboți sunt împărțite în industrie-industriale și de cercetare. Primul, în funcție de natura muncii efectuate, poate fi tehnologic, de ridicare și transport, universal sau specializat. Cercetarea este concepută pentru a studia zonele și sferele care sunt periculoase sau inaccesibile pentru oameni (spațiul cosmic, subsolul terestru și vulcani, straturile de apă adâncă ale oceanelor lumii).

În funcție de tipul de management poate fi distins de biotehnologie (copiere, echipa, cyborgi, interactive si automat), în conformitate cu principiul - rigid programat, adaptabilă și flexibilitate programabile. Dezvoltarea rapidă a tehnologiei microprocesoare moderne oferă dezvoltatorilor posibilități aproape nelimitate în proiectarea de mașini inteligente. Dar un circuit excelent și o soluție de design vor servi doar ca o coajă scumpă fără software-ul adecvat și suportul algoritmic.

Elementele de bază ale programării roboților

Pentru ca microprocesorul de siliciu să poată prelua funcțiile creierului robotului, este necesar să "turnați" programul potrivit în cristal. Limba umană normală nu este capabilă să ofere o formalizare clară a sarcinilor, acurateței și fiabilității evaluării lor logice. Prin urmare, informațiile necesare sunt prezentate într-o formă specifică folosind limbile de programare ale roboților.

În conformitate cu sarcinile conducerii, se disting patru niveluri ale acestui limbaj special creat:

• Cel mai mic nivel este folosit pentru a controla servomotoarele sub forma valorilor exacte ale deplasării liniare sau unghiulare a legăturilor individuale ale sistemului inteligent,
• Nivelul de manipulator permite efectuarea controlului global al întregului sistem, poziționarea părții de lucru a robotului în spațiul de coordonate,
• Nivelul de operațiuni servește la formarea unui program de lucru, indicând succesiunea acțiunilor necesare pentru a obține un anumit rezultat.
• La cel mai înalt nivel - sarcini - programul fără detalii indică ce trebuie făcut.

Robotica încearcă să reducă programarea roboților pentru a comunica cu aceștia în limbi de nivel superior. În mod ideal, operatorul își stabilește sarcina: "Construiți motorul cu combustie internă a mașinii" și așteaptă ca robotul să finalizeze sarcina.

Nuanțe de limbă

În robotica modernă, programarea robotului evoluează de-a lungul a doi vectori: orientați spre robot și problematici orientate spre programare.

Cele mai frecvente limbi orientate spre robot sunt AML și AL. Primul a fost dezvoltat de IBM doar pentru a gestiona mecanismele intelectuale ale producției proprii. Al doilea - produsul specialiștilor de la Universitatea Stanford (SUA) - se dezvoltă în mod activ și are un impact semnificativ asupra formării noilor limbi din această clasă. Profesionistul deosebește cu ușurință în limbaj caracteristicile Pascal și Algol. Toate limbile, axate pe roboți, descriu algoritmul ca o secvență de acțiuni ale mecanismului "inteligent". În acest sens, programul apare adesea foarte greoaie și incomod în implementarea practică.

Când programați roboți în limbi orientate spre probleme, programul indică secvența acțiunilor, nu obiectivele sau elementele intermediare ale obiectului. Cel mai popular în acest segment este limbajul AUTOPASS (IBM), în care starea mediului de lucru este reprezentată sub formă de grafice (vârfuri - obiecte, arcuri - linkuri).

Roboți de antrenament

Orice robot modern este un sistem de învățare și adaptare. Toate informațiile necesare, inclusiv cunoștințele și abilitățile, îi sunt transferate în procesul de formare. Acest lucru se face intrarea în mod direct în memoria procesorului datele corespunzătoare (de programare detaliate - eșantionare) și cu ajutorul senzorilor de robot (metoda demonstrează) - orice mișcare și mișcarea mecanismelor robotului stocate în memorie și apoi reproduse în ciclul de funcționare. Învățarea, sistemul își reconstruiește parametrii și structura, formează un model de informare al lumii exterioare. Aceasta este diferența principală dintre roboții de la liniile automate, mașinile industriale automate cu o structură rigidă și alte mijloace tradiționale de automatizare. Metodele de instruire enumerate prezintă dezavantaje semnificative. De exemplu, în timpul prelevării de probe, reconfigurarea necesită un anumit timp și forță de muncă a unui specialist calificat.

Se pare program foarte promițător pentru roboți de programare, oferite de Laboratorul dezvoltatori Tehnologii Informaționale la Massachusetts Institute of Technology (MIT CSAIL), la o conferință internațională ICRA-2017 Industrial Automatică și robotică (Singapore). Platforma C-LEARN pe care au creat-o are avantajele ambelor metode. Acesta oferă o bibliotecă de mișcări elementare ale robotului cu constrângerile date (de exemplu, forța de prindere a manipulatorului, în conformitate cu forma și detaliile de rigiditate). În același timp, operatorul demonstrează mișcările cheilor robotului în interfața tridimensională. Un sistem bazat pe sarcina, generează o secvență de operații pentru a efectua ciclul de operare. C-LEARN vă permite să rescrieți un program existent pentru un robot cu un design diferit. Operatorul nu necesită cunoștințe aprofundate despre programare.

Robotica și inteligența artificială

Specialiștii de la Universitatea Oxford avertizează că în următoarele două decenii tehnologia informatică va înlocui mai mult de jumătate din locurile de muncă de astăzi. Într-adevăr, roboții au lucrat mult timp nu numai în zone periculoase și dificile. De exemplu, programarea roboților de tranzacționare a aglomerat aglomerația oamenilor pe bursele mondiale. Câteva cuvinte despre inteligența artificială.

În opinia filistinei este antropomorf un robot care poate înlocui o persoană în multe sfere ale vieții. În parte este, dar inteligența artificială cea mai mare parte - este o ramură independentă a științei și tehnologiei, folosind programe de calculator care simulează gândire „Homo sapiens“, creierul lui. În stadiul actual de dezvoltare, AI ajută oamenii mai mult, îi distrează. Dar, potrivit experților, noi progrese în domeniul robotică și inteligență artificială poate pune în fața omenirii o serie de probleme etice și juridice.

Anul acesta, la spectacolul robot de la Geneva, cel mai perfect android Sophia a spus că se învață să fie umană. În octombrie, Sofia a fost recunoscut pentru prima dată în istoria inteligenței artificiale ca cetățean al Arabiei Saudite cu drepturi depline. Prima înghiți?

Principalele tendințe ale roboticii

În 2017, experții din industria digitală au remarcat câteva soluții restante în domeniul tehnologiilor de realitate virtuală. Robotica nu sa oprit niciodată. Foarte promițătoare este direcția îmbunătățirii controlului asupra robomecanismului complex printr-o cască virtuală (VR). Experții prezic cererea pentru astfel de tehnologii în afaceri și industrie. Posibile scenarii de utilizare:

• Gestionarea echipamentelor fără echipaj (încărcătoare și manipulatoare de depozitare, dronuri, remorci)
• Realizarea de cercetări medicale și operații chirurgicale,
• Dezvoltarea obiectelor și a zonelor greu accesibile (podeaua oceanică, regiuni polare). În plus, programarea roboților le permite să efectueze lucrări autonome.

O altă tendință populară este legată de mașină. Mai recent, reprezentanți ai gigantului Apple au anunțat lansarea propriului lor "drone". Din ce în ce mai multe companii își exprimă interesul de a crea mașini care să se poată deplasa independent de-a lungul liniilor traversate, păstrând încărcături și echipamente.

Complexitatea tot mai mare a algoritmilor de programare a roboților și a echipamentelor de învățare a mașinilor a crescut cerințele privind resursele de calcul și, în consecință, pe "hardware". Se pare că cea mai bună soluție în acest caz va fi conectarea dispozitivelor la infrastructura cloud.

O direcție importantă este robotica cognitivă. Creșterea rapidă a numărului de mașini "inteligente" îi face pe dezvoltatori să se gândească din ce în ce mai mult la modul în care roboții îi predă să interacționeze fără probleme.