De fapt, într-un eseu scris în 1935, Capek susținea cu tărie că ideea era, totuși, posibilă și, scriind la a treia persoană, a spus:
„Este teribil, pe bune, faptul că el repinge toate responsabilitățile pentru ideea că mașinăriile din metal ar putea înlocui vreodată ființele umane, și că prin intermediul unor cablaje ar putea trezi ceva asemănător vieții, dragostei sau răzvrătirii. El ar putea considera că acest proiect întunecat ar putea să fie o supraapreciere a mașinilor sau o ofensă gravă adusă vieții.”
[Autorul roboților se apără - Karl Capek, Lidove noviny, 9 iunie, 1935, tranducere: Bean Comrada]
În R.U.R. Capek descrie un paradis unde mașinile aduc foarte multe beneficii la început pentru ca în final să aducă o cantitate egală de dezavantaje în forma șomajului și a neliniștilor sociale.
Povestea a avut un succes enorm și a fost pusă repede în scenă de-a lungul Europei și a S.U.A. Tematica R.U.R. a fost, în parte, despre dezumanizaea omului într-o civilizație tehnologică.
Există o oarecare dovadă că cuvîntul robot a fost, de fapt, inventat de Josef, fratele lui Karl, un scriitor în felul său. Într-o scrisoare scurtă Capek menționează că l-a întrebat pe Josef cum ar trebui să-i numească pe muncitorii artificiali din noua sa piesă. Karel a sugerat „labori”, despre care credea că era prea sofisticat, iar fratele lui a murmurat „atunci spune-le roboți” și s-a întors la treaba lui, iar de la un răspuns scurt ne-am ales cu cuvîntul robot.
Dar actualii roboți mecanici ai culturii populare nu sînt prea diferiți de aceste creaturi biologice ficționale.
Robotica este știința și tehnologia roboților și a formatului, producerea și folosirii lor. Roboțica are legătură cu electronica, mecanica și programele de calculator.
De fapt un robot este format din:
- Un dispozitiv mecanic, de exemplu o platformă cu roți, brațe, aripi, picioare sau alte dispozitive de orice fel capabile să interacționeze cu mediul înconjurător
- Senzori pe sau în jurul dispozitivului capabili să simtă mediul înconjurător și să furnizeze informații utile dispozitivului
- Sisteme care procesează informațiile senzoriale în contextul situației curente în care se găsește dispozitivul și dă instrucțiuni dispozitivului de a îndeplini acțiuni ca răspuns la situație
Funcțiile principale sînt în următoarele cîmpuri:
Siguranța: robotica s-a dezvoltat atît pentru a manipula chimicale nucleare și radioactive pentru multe utilizări diferite inclusiv arme nucleare, centrale electrice, curățarea mediului înconjurător, cît și pentru a procesa anumite medicamente sau pentru a controla mașinării grele și/sau periculoase.
Neplăcere: roboții realizează multe sarcini care sînt neplăcute dar necesare, ca de exemplu sudura sau munca unui om de servici.
Repetiție și precizie: liniile de producție de asamblare au fost una din principalele domenii de activitate ale industriei roboticii. Roboții sînt foarte folosiți în producție în diverse cîmpuri ale industriei și, mai încîntător, în explorarea spațială unde cerințele de întreținere minime sînt accentuate.
Platformele mecanice – baza componentelor fizice
Un robot este alcătuit din două părți principale: corpul robotului și un sistem oarecare de inteligență artificială (IA). Multe părți de corp diferite pot fi numite robot. Brațele articulate sînt folosite pentru a suda sau a picta; sisteme de montare și transpotare mută componente în fabrici; iar mașinării robotice gigante mută pămîntul în adîncimea minelor. Unul dintre cele mai interesante aspecte ale roboților în general este comportamenul lor, ceea ce necesită o formă de inteligență. Cel mai simplu comportament a unui robot este mișcarea. De obicei sînt folosit roțile ca mecanism de bază pentru a face un robot să se miște dintr-un loc în altul. ÈËœi o oarecare forță, ca electricitatea, este necesară pentru a face roțile să se miște la comandă.
Acționarea
Servomotoarele sînt „mușchii” unui robot, părțile care convertesc energia înmagazinată în mișcare. Cele mai populare servomotoare sînt de departe motoarele electrice, dar mai există multe altele propulsate de electricitate, substanțe chimice și aer comprimat.
Motoarele
O mare varietate a motoarelor electrice furnizează putere roboților permițîndu-le să miște materiale, componente, unelte sau dispozitive specializate prin mișcări programate diferite. Rata de eficiență a unui motor descrie cîtă electricitate consumată este convertită în energie mecanică. În continuare sînt descrise cîteva dispozitive mecanice care sînt folosite în mod curent în tehnologia robotică modernă.
Mecanismele de deplasare
Roți dințate și lanțuri: Roțile dințate și lanțurile sînt platformele mecanice care furnizează o metodă puternică și precisă de a transmite mișcarea rotativă dintr-un loc în altul, posibil modificarea ei pe drum. Viteza schimbată între două roți dințate depinde de numărul de dinți ai fiecărei roți. Cînd o roată dințată aflată sub putere trece printr-o rotație completă trage de lanț cu o putere ce depinde de numărul de dinți ai roții.
Scripeți și curele: Scripeți și curele, două alte tipuri de platforme mecanice folosite de roboți, funcționează la fel ca și roțile dințate și lanțurile. Scripeții sînt roți cu un șanț de-a lungul marginii iar curelele sînt cauciucul care face o buclă în jurul scripetelui pentru a se potrivi în șanț.
Cutii de viteze: o cutie de viteze operează pe aceleași principii ca și roțile dințate și lanțurile, fără lanț. Cutiile de viteze necesită toleranțe mai apropiate, de vreme ce în locul folosirii unui lanț larg detașat pentru a transfera forța și a ajusta elementele nealiniate, roțile dințate intră în contact direct între ele. Exemple de cutii de viteze pot fi găsite la transmisia într-o mașină, mecanismul de temporizare din ceasul bunicului și furnizorul de hîrtie la imprimanta ta.
Surse de alimentare
Sursele de alimentare sînt în general furnizate de două tipuri de baterii. Bateriile principale sînt folosite o dată și apoi aruncate, bateriile secundare operează (de cele mai multe ori) cu ajutorul unei recții chimice reversibile și pot fi reîncărcate de cîteva ori. Bateriile principale au o mai mare densitate și o rată de descărcare mai mică. Bateriile secundare (reîncărcabile) au mai puțină energie decît bateriile principale, dar pot fi reîncărcate pînă la o mie de ori depinzînd de chimia lor și de mediul lor înconjurător. În mod normal prima folosire a unei baterii reîncărcabile oferă 4 ore de operare continuă la o aplicație sau robot.
Controlul electronic
Există două platforme hardware majore într-un robot. Platforma mecanică de voltaje neregulate, putere și vîrfuri de cîmp electromagnetic și platforma electronică de putere curată și semnale de 5 volți. Aceste două platforme trebuie să fie conectate pentru ca logica digitală să controleze sistemele mecanice. Componenta clasică pentru asta este un releu pod. Un semnal de control generează un cîmp magnetic în bobina releului care închide fizic un întrerupător. MOSFET-urile, de exemplu, sînt întrerupătoare foarte eficiente din silicon disponibile în multe dimensiuni ca tranzistorul care poate opera ca un releu în stare solidă pentru a controla sistemele mecanice.
Pe de altă parte, roboții de dimensiuni mai mari pot necesita un motor PMDC în care valoare rezistenței „on” a MOSFET-urilor Rds(on) rezultă creșteri mari a căldurii disipate pe procesor, aceasta reducînd significant temperatura la cald a procesorului. Temperatura de joncțiune în interiorul MOSFET-ului și coeficienții de conducție ai pachetului MOSFET și temperatura de scufundare sînt alte caracteristici importante ale motoarelor PMDC.
Programele de control a robotului cu sursă deschisă
OROCOS (Open RObot COntrol Software – Programele deschise de control a roboților) este un efort de a porni un proiect pentru realizarea unui program cu sursă deschisă de control a roboților. Discuții largi sînt susținute despre ce fel de experiență, cod și unelte pot fi refolosite din alte proiecte, ce standarde deschise ar trebui integrate în proiect și ce structură organizațională este cea mai potrivită pentru proiect. ÈÅ¡inte ale proiectului sînt dezvoltarea de programe de control a roboților așa cum urmează:
- Sub formă de sursă deschisă și/sau licență(e) pentru programe gratuite
- Cît mai modular posibil
- De cea mai înaltă calitate (atît din perspectivele ingineriei technice cît și a programării)
- Independente de (dar compatibile cu) producătorii de roboți comerciali
- Pentru toate tipurile de dispozitive robotice și platforme de calculator
- Localizat petru toate limbajele de programare
- Conține componente software configurabile din cinematică, dinamică, planificare, senzorial, control, interfețe hardware, etc.
Proiectul țintește în a deveni mai mult decît doar o copie a controlorilor roboților comerciali existenți sau a pachetelor de simulare/programare a roboților. Proiectul OROCOS vrea să dezvolte biblioteci ce pot fi partajate, componente ce pot rula singure (uneori sînt denumite agenți software) și un mediu de lucru în timp real configurabil din care se elimină și controlează toate sistemele robotice distribuite. Aceste tipuri de proiecte sînt folositoare în cîteva feluri:
- Pentru reutilizarea codului
- Pentru folosirea ca și sub-sistem independent
- Pentru copierea structurii lor organizaționale
- Pentru învățarea din experiența gestionării unui proiect cu sursă deschisă
- Pentru construirea și dezvoltarea unui program (software) extensibil și reutilizabil
O scurtă istorie:
Primul secol al erei creștine și mai devreme
Semnificație: Descrierile a mai mult de 100 de mașinării și automate, inclusiv a unui motor de foc, organ de vînt, o mașinărie operabilă cu monezi și a unui motor pe bază de abur, apar în Pneumatica și Automata de Heron din Alexandria
Inventator: Ctesibius, Philo din Bizanț, Heron din Alexandria și alții
1206
Semnificație: Automat Umanoid programabil
Numele: Barcă cu patru muzicieni Inventator: Al-Jazari
circa 1495
Semnificație: Planuri pentru un robot umanoid
Numele: Cavaler mecanic Inventator: Leonardo da Vinci
1738
Semnificație: Rață mecanică care era capabilă să mănînce, să bată din aripi și să excreteze
Numele: Rață capabilă de digestie Inventator: Jacques de Vaucanson
anii 1800
Semnificație: Jucăriile mecanice japoneze care serveau ceai, trăgeau cu arcul și pictau
Numele: Jucării Karakuri Inventator: Tanaka Hisashige
1921
Semnificație: Primele automate ficționale numite „roboți” apar în piesa R.U.R.
Numele: Roboții universali din Rossum Inventator: Karel Capek
anii 1930
Semnificație: Robotul umanoid etalat la Bîlciul Mondial din 1939 și 1940
Numele: Elektro Inventator: Westinghouse Electric Corporation
1948
Semnificație: Roboți simpli etalînd comportament biologic
Numele: Elsie și Elmer Inventator: William Grey Walter
1956
Semnificație: Primul robot comercial al companiei Unimation fondată de George Devol și Joseph Engelberg bazat pe patentele lui Devol
Numele: Unimate Inventator: George Devol
1961
Semnificație: Primul robot industrial instalat
Numele: Unimate Inventator: George Devol
1963
Semnificație: Primul robot paleți
Numele: Palletizer Inventator: Fuji Yusoki Kogyo
1973
Semnificație: Primul robot industrial cu șase axe conduse electromagnetic
Numele: Famulus Inventator: Kuka Robot Group
1975
Semnificație: Braț cu manipulare universală programabil, un produs Unimation
Numele: Puma Inventator: Victor Scheinman
Roboți industriali
Chiar dacă nu au o formă umanoidă, mașinării cu comportament flexibil și cîteva atribute fizice umane au fost dezvoltate în industrie. Primul robot staționar industrial a fost programabilul Unimate și brațul hidraulic capabil de a ridica greutăți controlat electronic care putea repeta secvențe arbitrare de mișcări. A fost inventat în 1954 de către inginerul american George Devol și a fost dezvoltat de către Unimation Inc., o companie fondată în 1956 de către inginerul american Joseph Engelberger. În 1959 un prototip al lui Unimate a fost introdus într-o fabrică de turnare prin injecție a corporației General Motors (GM) în Trenton, New Jersey. În 1961 Condec Corp. (după ce a cumpărat Unimation în anul anterior) a furnizat prima linie de producție robotizată unei fabrici GM; avea sarcini neplăcute (pentru oameni) de a prelua și de a depozita bucăți de metal încins de la o mașinărie cu turnare prin injecție. Brațele Unimate continuă să fie dezvoltate și vîndute sub licență în toată lumea, industria automobilistică rămînînd cel mai mare client.
Pornind de la acea idee, roboții s-au dezvoltat în forme și formate variate pentru a îndeplini sarcini diferite. Interacțiunea cu mediul înconjurător s-a îmbunătățit considerabil.
Simțirea - Atingere
Roboții și protezele pentru mîini curente primesc mult mai puține informații tactile decît mîna umană. Cercetările recente au dezvoltat o rețea de senzori tactili care imită proprietățile mecanice și receptorii de atingere ai degetelor umane. Rețeaua de senzori este construită ca un nucleu rigid înconjurat de un fluid condictor în interiorul unei pieli elastomerice. Electrozii sînt montați pe suprafața nucleului rigid și sînt conectați la un dispozitiv de măsurare a impedanței din interiorul nucleului. Cînd pielea artificială atinge un obiect calea fluidă din jurul electrodului este deformată, producerea impedanței schimbă harta forțelor receptată de la obiect. Cercetătorii se așteaptă ca o funcție importantă ca degetele artificiale să ajusteze strînsoarea robotică pentru a ține obiectele.
Interacțiunea cu mediul și navigarea
Roboții necesită de asemenea hardware de navigare pentru a putea anticipa mediul lor înconjurător. În mod special evenimentele neprevăzute (de exemplu oameni și alte obstacole care nu sînt staționare) care pot cauza probleme sau coliziuni. Unii roboți avansați ca și ASIMO, EverR-1, robotul Meinu au hardware și software pentru navigarea roboților bună în mod special. De asemenea, mașinile cu control propriu, mașina fără șofer a lui Ernst Dickmanns și noile intrări din DARPA Grand Challenge sînt capabile să simtă bine mediul lor înconjurător și să facă decizii de navigare bazate pe aceste informații. Cei mai mulți roboți includ în mod obișnuit un dispozitiv de navigare GPS cu puncte de traseu, împreună cu radar, uneori combinate cu alte date senzoriale precum LIDAR, camere video și sisteme de ghidare inerțială pentru o navigare mai bună între punctele de pe traseu.
Manipularea
Roboții care trebuie să muncească în lumea reală necesită anumite căi de manipulare a obiectelor; ridicare, modificare, distrugere sau orice altceva ce are un efect. De aceea \'mînile\' unui robot sînt de cele mai multe ori denumite executantul terminal, în vreme ce brațele sînt denumite manipulatoare. Cele mai multe brațe robotice au executanți ce pot fi înlocuiți, fiecare permițîndu-i să realizeze anumită grupă de sarcini. Unele au manipulatoare fixe care nu pot fi înlocuite în vreme ce unii au maniplatoare cu un scop foarte general, de exemplu o mînă umanoidă.
Roboții ce se rostogolesc
Pentru ușurință, cei mai mulți roboți mobili au patru roți. Totuși, unii cercetători au încercat să creeze roboți cu roți mai complecși cu una sau două roți. Filmele sf au propus roboți motocicletă, ca și cei care apar în ultimul film Terminator („Terminator Salvation”).
Roboți care umblă
Mersul este o problema dificilă și dinamică de rezolvat. Cîțiva roboți au fost construiți și merg bine pe două picioare, totuși nici unul nu a fost încă realizat astfel încît să fie atît de robust ca un om. Mulți alți roboți au fost construiți astfel încît să meargă pe mai mult de două picioare pentru că acești roboți sînt mult mai ușor de construit. Hibrizii au fost de asemenea propuși în filme precum „I robot”, care umblă pe două picioare și apoi schimbă la patru (mîini și picioare) cînd țîșnesc într-un sprint. De obicei roboții pe două picioare pot umbla bine pe podele plate și pot ocazional să meargă pe scări. Nici unul nu poate umbla pe teren stîncos, denivelat.
Zborul
Un unui avion de linie modern este, în principiu, un robot zburător cu doi oameni pentru gestionarea lui. Auto-pilotul poate control avionul în fiecare etapă a călătoriei inclusiv decolarea, zborul normal și chiar aterizarea. Alți roboți zburători sînt nelocuiți și sînt cunoscuți ca și vehicule aeriene fără oameni (unmanned aerial vehicles – UAVs). Ei pot fi mai mici și mai ușori fără un pilot uman la bord și zboară în teritorii periculoase pentru misiuni militare de supraveghere. Unii pot chiar să lanseze armament asupra țintelor la comandă. UAV-urile sînt de asemenea dezvoltate pentru a lansa asupra țintelor automat, fără a avea nevoie de o comandă de la un om. Totuși, este improbabil ca acești roboți să ajungă să fie folosiți în viitorul apropiat din cauza problemelor de ordin moral implicate. Alți roboți zburători conțin rachete de croazieră, Entomopter și robotul elicopter Epson micro. Roboți ca și Air Penguin, Air Ray și Air Jelly au corpuri mai ușoare decît aerul propulsate de vîsle și ghidate prin sonar.
Șerpuire
Cîțiva roboți șerpi au fost dezvoltați cu succes. Imitînd felul în care se mișcă șerpii adevărați, acești roboți pot naviga în spații foarte restrînse semnificînd că într-o zi ar putea fi folosiți pentru a căuta oameni captivi în clădiri prăbușite. Robotul șarpe japonez ACM-R5 poate naviga atît pe pămînt, cît și în apă.
Patinajul
Un mic număr de roboți patinatori au fost dezvoltați, unul dintre ei fiind un dispozitiv patinator și umblător multi-mod, Titan VIII. Are patru picioare cu roți fără tracțiune și poate păși și rostogoli. Alt robot, Plen, poate folosi o placa de patinaj în miniatură și role și poate patina peste un desktop.
Urcușul
Au fost folosite cîteva abordări diferite pentru a dezvolta roboți care au abilitatea de a urca suprafețe verticale. O abordare imită mișcările unui alpinist uman pe un perete cu proeminențe; ajustarea centrului masei și mișcarea fiecărui membru pe rînd pentru a cîștiga forță a pîrghiei. Un exemplu al acestei abordări este Capuchin, construit de universitatea Stanford, California. Altă abordare folosește metoda perniței specializate de pe degetele de la picioare ai șopîrlei geko cațărătoare pe pereți care poate alerga pe suprafețe netede ca sticla verticală. Exemple ale acestei abordări includ Wallbot și Stickybot. O a treia abordare este de a imita mișcarea unui șarpe cățărîndu-se pe un stîlp.
Înnotul
Este calculat faptul că atunci cînd înnoată unii pești pot atinge o eficiență a propulsiei mai mare de 90%. Mai mult, ei pot accelera și manevra mult mai bine decît orice navă sau submarin create de om și produc mai puțin zgomot și disturbare a apei. De aceea, mulți cercetători care au studiat roboții subacvatici ar dori să copieze acest tip de locomoție. Exemple notabile sînt peștele robotic al Essex University Computer Science și robotul Tuna construit de institutul de robotică aplicată pentru a analiza și modela matematic mișcarea thunniformă. Aqua Penguin, realizat și construit de Festo din Germania, copiază forma fusiformă și propulsia „înotătoarelor” frontale ale pinguinilor. Festo a construit de asemenea Aqua Ray și Aqua Jelly care emulează locomoția peștelui manta ray și a moluștei.
Interacțiunea umană
Dacă roboții vor urma să lucreze efectiv în cămine și alte medii ce nu aparțin industriei, modul în care ei sînt programați să își îndeplinească sarcinile și în mod special cum vor fi făcuți să se oprească la comandă vor fi de importanță critică. Oamenii care vor interacționa cu ei ar putea avea pregătire minimă în robotică sau chiar deloc, așa că orice interfață va trebui să fie intuitivă. Autorii de știință și ficțiune presupun de obicei că roboții vor fi în cele din urmă capabili să comunice cu oamenii prin vorbire, gesturi și expresii faciale în loc de a comunica printr-o interfață gen linie de comandă. Chiar dacă vorbirea ar fi cea mai naturală formă de a comunica pentru oameni, este destul de nenaturală pentru un robot. Ar putea să treaca ceva timp pînă cînd roboții vor interacționa atît de natura ca ficționalii C-3PO sau Terminatorii.
