Samara Portal Technology, Computers

Самарский портал "Технологии, компьютеры"

И мы верим простодушно
В то, что кукла может говорить…
Андрей Макаревич

В августе 2019 года российскими СМИ была широко распиарена очередная версия российской разработки робота (рабочее название Аватар) под окончательным названием Фёдор. История механизмов длинна и многогранна, и мы попытаемся понять, где во всём этом великолепии место новоиспечённого робота, и объяснить, как при его разработке нарушается основное правило любого конструктора – сначала функции, потом реализация.

О том, как человечество создавало себе различные орудия, приспособления, устройства, механизмы и машины, написано столько, что добавить к этому можно разве что описание чего-то недавно созданного.

Но всё же я рискну разделить всё это множество рукотворных вещей на две категории: созданных для выполнения определённых утилитарных функций и созданных для развлечений (точнее, функциональных устройств и игрушек, для имитации чего-либо). К первым я отнесу велосипеды, самокаты, ролики, скейты, яхты и байдарки: да, мы с их помощью развлекаемся, однако сами они функциональны. А вот лошадки на колёсиках, педальные кони и машинки – это имитация, способная только ненадолго развлечь ребёнка.

О роботах и фёдорах. Статья Владислава Боярова. 05.09.2019 г.

Я и Лёня Рубановский в Стрыйском парке, 1957 год

Я хорошо помню как мои товарищи в детстве сначала просили родителей купить такое чудо, а потом быстро охладевали к нему, понимая, что за велосипедом на таком не угнаться.

Были «игрушки» и подороже, такие, как знаменитые часы Павлин.

Но особое место в истории подобных «игрушек» занимают имитации человека, андроиды. Одно из первых упоминаний об этом относится к XIII веку: якобы алхимик Арнольд де Вилланова из Валенсии сумел создать человека «нетрадиционным» способом. В XVI веке «полутрадиционный» способ предложил Парацельс: он мудрил с человеческой спермой, заявляя, что получил из неё гомункулуса без какого-либо участия женщины.

Вместе с уходом со сцены алхимии исчезли и «андроидные» шарлатаны, а вот в искусстве эта тема не только не исчезла, но и получила своё развитие. Если в древнем мифе оживить Галатею Пигмалиону помогла богиня Афродита, то в пьесе Бернарда Шоу «Пигмалион» Генри Хиггинс превращает неотёсанную хабалку в настоящую леди.

Этот сюжет мне хотелось бы рассмотреть с высоты современных информационных технологий. Ведь с чем мы обычно имеем дело? Родившийся ребёнок – это очень слабое «железо» («аппаратная часть»), пока ещё не наполненная никаким «софтом» (воспитанием, образованием). По мере естественного развития «железа» мы «инсталлируем» в него те «программы», которые считаем нужным, и при этом постоянно решаем задачу оптимизации: с одной стороны по возможности загрузить всё то, что «железо» на каждом этапе своего развития способно потянуть (какать в горшок, есть ложкой), с другой – не перегрузить, «перебор» здесь так же катастрофичен, как в игре в «очко».

Бернард Шоу же рассмотрел ситуацию перезаливки софта в готовое железо (уже не буду ставить кавычки), разделил то, что обычно мы видим только вместе. И, на мой взгляд, гениальность великого писателя проявилась в этой идее (и реализация, конечно, тоже гениальная, как и мюзикл Фредерика Лоу).

В наши дни эта идея получила своё развитие в «глубинном обучении». Его смысл в том, чтобы вместо «ручного» описания объектов классическим программным кодом, системе показывают тысячи разных картинок с собакой и кошкой и указывают где собака, а где кошка.

О роботах и фёдорах. Статья Владислава Боярова. 05.09.2019 г.

В идеале после такого обучения система сможет идентифицировать кошку вне зависимости от того, насколько талантлив художник, её нарисовавший.

О роботах и фёдорах. Статья Владислава Боярова. 05.09.2019 г.

Это если говорить о «железе» исключительно в терминах ИТ, то есть как о мозгах, а не как о «механических механизмах».

Потому что «робот», как объект, совмещающий в себе имитацию человеческого мышления и человеческую механику (человеческий облик) – это уже Карел Чапек, и речь шла там, скорее, о рабах.

Однако сама история человечества показала неэффективность рабства при торжестве технологий. К тому же любому инженеру понятно, почему не следует во всём копировать природу. Прежде всего потому, что биологический организм должен уметь себя воспроизводить и регенерироваться при жизни, а кроме того, должен быть встроен в экосистему и уметь добывать из неё необходимые для жизни ресурсы. Как писал Генри Форд на своих плакатах по технике безопасности: «Рабочий, помни, что бог, создавая человека, не снабдил его запасными частями».

Вот почему мотоцикл по своей конструкции совсем не похож на лошадь, самолёт – на птицу, и т.д.

Но автоматизация движений начиналась не с них, а со станков, на которые начали ставить системы ЧПУ. И здесь они сразу превзошли человека. Дело в том, что человек вообще не мог перемещать, например, резец токарного станка с постоянной скоростью – не дала нам этого природа. Эту проблему создатели станков решили ещё в незапамятные времена, механически связав перемещение суппорта с установленным в него резцом с вращением шпинделя. И хотя электродвигатели станков назывались асинхронными, на практике они держали обороты с приемлемой точностью. Однако производить контурную обработку, когда резец перемещался бы по произвольной (в общем случае - криволинейной) траектории, чтобы получить сложную поверхность, заложенную конструктором в деталь, на станке с ручным управлением в принципе невозможно.

О роботах и фёдорах. Статья Владислава Боярова. 05.09.2019 г.

Ещё сложнее ситуация с фрезерованием по контуру, где в расчёте траектории оси шпинделя участвует и радиус инструмента. Разумеется, все эти преобразования носят формальный характер, а такие параметры как диаметр фрезы встроены в языки программирования для ЧПУ для того, чтобы программист мог задавать только форму детали, а эквидистанту программа рассчитала бы сама.

На мой взгляд, если станки с ЧПУ не записали в роботы, то совсем не потому, что они не работают за человека (работают, и не просто работают, а работают так, как человек работать не может), а потому, что на человека они не похожи. А не похожи потому, что в живой природе не существует задач, для выполнения которых требовалась бы такая точность и вытекающая из неё жёсткость конструкции: мощные станины с почти идеально прямолинейными направляющими, винтовые приводы, вращающиеся в опорах шпиндели.

Но есть на производстве операции, требующие движений, похожих на человеческие: окраска, сварка, сборка, перемещение на небольшие расстояния. Или, к примеру, смена инструмента в шпинделе станка.

О роботах и фёдорах. Статья Владислава Боярова. 05.09.2019 г.

И хотя сами манипуляторы (их ещё называют «автооператоры») были намного проще станка, поскольку от них не требовалась такая точность перемещений, да и перемещали инструменты они по единственной траектории, заложенной в их конструкцию, по первости их работа завораживала.
А уж когда появились манипуляторы, способные, как и станки с ЧПУ, перемещать свой рабочий орган по произвольной траектории, их, конечно же, окрестили роботами.

Хотя, к примеру, для фрезерования роботу требуется интеллекта не больше, чем координатно-расточному станку, фрагмент которого мы видим на фото, а вот что касается точности – тут он, конечно, проигрывает.

Но тут уж кто для чего создан. Кстати, и размеры идентичных по кинематике роботов тоже разные: производители любых изделий всегда стремятся создать не единичный образец, а модельный ряд, позволяющий потребителю выбрать именно то, что ему нужно.

О роботах и фёдорах. Статья Владислава Боярова. 05.09.2019 г.

Что ещё здесь важно: роботы как правило имеют одну руку, которая заканчивается «предплечьем» (точнее – «лучезапястным суставом»), а не «кистью». Одну – потому что сам робот и представляет собой руку, укреплённую на основании, а на каждой технологической операции используется столько и таких (возможно, разных) «кистей», сколько требует эта операция. И потому что глупо заканчивать руку робота пальцами, в которые он будет брать обычную дрель с установленной в ней фрезой, от которой будет тянуться её собственный кабель питания. Проще и правильнее (а на самом деле только так и поступают разработчики роботов) сделать на «лучезапястном суставе» стандартный разъём, в котором можно будет закрепить шпиндель с фрезой, и на который будет передаваться механический момент или электрическое питание (здесь уже можно порассуждать).

О роботах и фёдорах. Статья Владислава Боярова. 05.09.2019 г.

Что касается интеллекта роботов, то они им, честно говоря, не блещут: много ли интеллекта требует выполнение операции на конвейере? Разве что самодиагностика да остановка в случае непредвиденных ситуаций. А вот скорость, точность и сила – здесь они дадут фору человеку.

Отдельный вид роботов – транспортные, или робокары. Специфика их работы предполагает автономное питание, к тому же если станки с ЧПУ и стационарные роботы имеют внутреннюю отсчётную систему, робокары должны двигаться по маршруту, используя внешние ориентиры и особенно хорошо справляться с различными неожиданностями, которые встретились бы на этом маршруте.

Отдельная история – космические роботы, дистанционно-управляемые самоходные аппараты-планетоходы. Конечно, мы помним советские «Луноходы», но на сегодня венцом творения всё же надо признать марсоход Curiosity. Одной из его отличительных особенностей является источник питания – радиоизотопный термоэлектрический генератор: его электрическая мощность небольшая, всего около ста ватт, зато выдавать её он может годами. По слухам, источник такого типа пытались использовать на российской ракете, которая недавно взорвалась под Архангельском, только вот на боевой ракете его использование смысла не имеет, а на долгоживущем роботе он просто незаменим.

Наверное, нет ничего неожиданного в том, что роботы, или устройства, выполняющие некую работу без участия человека, создаются именно для этой работы, каждый для своей. И каждый в своём деле человека превосходит:

Главное здесь понять, что, на самом деле, вопрос заключается не столько в применении роботов для выполнения определённых работ, а в создании роботов для выполнения этих работ. Плюс к тому – в культуре разработки изделий, где с самого начала бы продумывалось использование роботов при их изготовлении. На самом деле уже с 80-х годов при разработке автомобилей берётся во внимание не просто технологичность изготовления деталей и сборки (покраски, гальваники), а возможность использования роботов на этих операциях.

Вернёмся к Фёдору. Какие функции требуются от этого устройства? Как пишет Википедия (а ничего более внятного в сети найти не удалось) «Робот может работать в автономном режиме 1 час, способен открывать дверь, работать с дрелью, стрелять из пистолета, садиться и водить автомобиль и квадроцикл в автономном режиме». Не думаю, что после всего, что я рассказал, это нуждается в дополнительных комментариях. Разве что вспомнить начало статьи – о том, что искусственные «человечки», выполняющие работу за настоящих людей, были придуманы алхимиками до того, как появились настоящие инженеры, создавшие полезные устройства, которые сегодня нас окружают. И выдавать задание на разработку того, что человечество давно оставило позади, могли только люди технические безграмотные, не имеющие инженерного образования и заботящиеся исключительно о пускании пыли в глаза.

----

К 30-летию АСКОНа – мои старые песни о главном

К 30-летию АСКОНа – мои старые песни о главном. Статья Владислава Боярова. 22.10.2019 г.

История самарского завода КРС и его главного конструктора Валерия Николаевича Филиппова

Осенняя ярмарка КД СО 2019. Популярно о безопасности.

Осенняя ярмарка КД СО 2019. Популярно о безопасности. Статья Владислава Боярова. 10.10.2019 г.