РОЖДЕНИЕ РОБОТОТЕХНИКИ

ИДЕЯ СДЕЛАТЬ ЧЕЛОВЕКА БОЛЕЕ СОВЕРШЕННЫМ

С давних пор люди живут надеждой сде­лать человека более совершенным. Но как? Во-первых, развитием его фи­зических способностей. Вспомним, например, о древнегреческих Олимпий­ских играх. Во-вторых, применением приспособлений, позволяющих вос­пользоваться энергией внешних источников: ветром, течением воды, излу­чением солнца, электричеством и т. д.

Понимая слабость человеческого организма, они пытались создать подо­бие человека, но из менее нежного и уязвимого материала. Предания об этом дошли до нас в мифах древней Греции, где упоминаются золотой чело­век, служивший Зевсу и охранявший огонь, созданная Пигмалионом камен­ная Галатея. Возможно, прообразами таких устройств послужили реальные соединения механизмов, копировавших действия человека. Однако их опи­сания не дошли до наших дней.

 О ДОСТИЖЕНИЯХ АНТИЧНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ

Изобретений Архимеда, Аристотеля и Герона Александрийского было достаточно для того, чтобы первый робот по­явился две тысячи лет тому назад. Однако создается впечатление, что антич­ное общество почти не было заинтересовано в доведении изобретений до практического использования. Одна из причин — дешевизна труда рабов. В то же время для культовых целей и развлечений создавались сложные ав­томаты. Например, римский поэт Клавдиан упоминает о приборе, изготов­ленном Архимедом (ок. 287 — 212 до н. э.). Прибор имел форму стеклян­ного шара с изображением небесного свода, на котором воспроизводилось движение всех известных в то время небесных светил. Шар вращался непре­рывно сам.

Еще в Греции возникло понятие «машина». А знаменитый римский архи­тектор Витрувий (I в. до н. э.) сделал следующее определение рычажной ма­шины: «Машина есть взаимно связанное соединение деревянных частей, обе­спечивающее наибольшую выгоду при поднятии тяжестей. Она приводится в действие искусственно ...»

Если отбросить слово «деревянных», то это определение относится к современному балансирному манипулятору. Балансирные манипуляторы облегчают труд рабочего, поднимающего детали большой массы. По-видимому, первыми робототехниками можно назвать Аристотеля (384 —322 до н. э.) и Архимеда, которые раскрыли связь меж­ду силами, воздействующими на плечи рычага. Первое применение рычага как основного элемента точных механизмов разнообразных автоматов при­писывается Герону Александрийскому (ок. I в.). Ему же принадлежит со­общение об использовании зубчатых колес в книге «Механические проблемы». Там приведен рисунок водяного автомата с двигающейся фигуркой птицы (рис. 1.1).

 С помощью колесика 1 механизм приводился в рабочее состояние. При этом одновременно поднимался из сосуда 2 с водой пустотелый массивный колпак 3. При опускании колпака под действием собственного веса захва­ченный им над водой воздух выходил через свисток 4. Птица при этом вра­щалась, издавая трель.

  Наиболее известный автомат, разработанный Героном Александрийским, поражал воображение современников. Этот автомат предназначался для от­крывания дверей храма (рис. 1.2).

  При разжигании огня в жертвеннике воздух герметичной полости 1, сое­диненной с круглым резервуаром 2, расширялся и вытеснял из него воду в бадью 3. Бадья перевешивала груз 4, и ворота храма открывались. Когда огонь гас, воздух охлаждался, вода втягивалась из бадьи в резервуар. Груз перевешивал бадью, и ворота храма закрывались

СРЕДНИЕ ВЕКА

Уровень развития индийской, китайской, арабской механики в средние века был весьма высок. Например, в 1206 г. механик араб ал-Джазари в «Книге о познании хитроумных механических приспособлений» объяснял принципы устройства разных автоматов. Эта книга состояла из шести частей и содержала подробное описание разнообраз­ных гидравлических машин, насосов, водяных часов, музыкальных автома­тов со сложной механикой фигур и т. д. Но особенно интересен период, называемый эпохой Возрождения, когда математику, механику и астрономию, как и в «античные» времена, стали относить к разряду благородных наук.

Благоприятные условия для возрождения традиций античной механики создались в Италии. Там работали многие инженеры Возрождения. Наиболее известен Леонардо да Винчи (1452 - 1519), приложивший усилия к разработке применимых к нуждам общества механизмов. В процессе их усовершенствования он искал также путь к снижению трудоемкости современных ему технологий. Рукописи Леонардо да Винчи содержат массу замыслов и идей, ряд из которых был реализован только через 250 лет после его смерти.

Это автоматическая прядильная машина, устройство для стрижки овец, ма­шинка для изготовления иголок. Эти проекты имели своей целью увеличение степени механизации производственных процессов. При изучении трудов Леонардо да Винчи может возникнуть вопрос: почему он не осуществил свои планы создания различных машин? По-видимому, Леонардо да Винчи, подробно изучивший геометрию и механику по античным сочинениям, по­нимал, что находится почти в том же положении, что и механики античности. В пору его деятельности еще не сложились условия для применения новых технических решений.

ПОЗДНЕЕ СРЕДНЕВЕКОВЬЕ И НОВАЯ ИСТОРИЯ

Автоматы, измеряющие время, были пер­выми автоматами, созданными для практических целей. Чем сильнее разви­вались производительные силы общества, тем более точно требовалось от­считывать время. Развитие торговли в поздние века привело к тому, что че­ловечество стало весьма подвижным. Возникла потребность в механических часах, которые можно было бы возить с собой. Известно, что механические часы появились еще в VI в. нашей эры. В XI в. их совершенствование приве­ло к появлению циферблата и часовой стрелки.

Галилео Галилей (1564 — 1642) предложил использовать маятник в ча­сах, вывел законы равновесия сил в механизмах, сформулировал принцип изохронности (постоянства периода) колебаний маятника, фактически соз­дал основу теории колебаний.

На базе разработок Галилео Галилея в 1657 г. известный нидерландский физик и механик Христиан Гюйгенс (1629 — 1695) построил маятниковые часы. Но он обратил внимание на их главный недостаток — чувствительность к изменению положения оси маятника и к сотрясениям корпуса. В течение нескольких лет Христиан Гюйгенс, совершенствуя маятниковый, создал в итоге балансовый механизм, который теперь устанавливается во всех совре­менных механических часах. Принцип действия балансового механизма от­личается от принципа действия маятникового тем, что центр тяжести «ба­ланса» лежит на оси вращения. Это создает нечувствительность к сотрясе­ниям и толчкам.

Часы становятся первейшей принадлежностью судоводителей, путешест­венников, лиц, занятых в промышленности.

Со временем размеры часового механизма все уменьшаются. Часовое де­ло становится самой передовой отраслью. Вершиной мастерства часовщиков явилось создание механизмов, поз­волявших имитировать некоторые движения людей и животных. Этим ме­ханизмам придавали внешний вид жи­вых существ, а с помощью множества рычагов, шестеренок, барабанов со штырями, пружин осуществлялись движения.

боль­ших предварительных расчетов.

Даже сейчас изучение и восстанов­ление работоспособности механичес­ких человекоподобных игрушек вы­зывает значительные трудности.

В XVIII в. было построено мно­го прекрасных механических кукол. Лучшие из них вошли в историю. К ним относятся автоматы фран­цузского механика Жака де Вокансона (1709 — 1782): флейтист, который играл 12 различных пьес и по-настоящему дул во флейту, а тоном звучания управлял с помощью пальцев; бронзовая утка, поражавшая современников тем, что она выполняла в точности все движения птицы. Известные Игрушки были построены отцом и сыном Пьером и Анри Дро — швейцарцами. Были созда­ны часы, механизм которых приводил в действие целую сцену с большим числом движущихся фигур.

С большим искусством они мастерили человекоподобные устройства, способные выполнять разнообразные действия. Особенно известна одна из его кукол — писец (рис. 1.3); ее можно было даже запрограммировать та­ким образом, чтобы она писала любой текст, правда, не более чем 40 букв.

Россию также не обошло увлечение созданием механических игрушек. Энтузиастом этого увлечения в начале прошлого века стал Антон Маркович Гамулецкий. В 1827 г. на Невском проспекте в Петербурге им был открыт «Храм очарований, или механический, физический и оптический кабинет».

Чудеса в этом храме начинались прямо на лестнице. Над ее верхней пло­щадкой парила позолоченная фигура женщины с валторной в руке, и, если кто-нибудь входил на площадку лестницы, она подносила инструмент к гу­бам и начинала играть, шевеля пальцами естественным образом. У входа в зал стояли механические слуги, которые кланялись входившему и казались совершенно живыми. В зале стоял волшебный диван. Если кто-нибудь са­дился на него, то открывалась боковая дверь, звучала музыка, слуга-автомат выносил поднос с напитками и ставил его на стол перед гостями. Во всех помещениях храма происходили чудеса: лаяли механические собаки, пол­зала неживая змея, черная кошка выгибала спину и терлась о ноги посетите­лей. Предприятие Гамулецкого производило удивительное впечатление. Он проявил незаурядную выдумку, глубокие знания и колоссальное упорство.

Вопросы к уроку 1

1.      Вспомните определение машины, сделанное римским архитектором Вит­рувием.

2.       Кого можно было бы назвать первыми робототехниками?

3.       Вспомните о роли Леонардо да Винчи в создании проектов технических устройств.

4.      Каковы роли Галилея и Гюйгенса в развитии механических автоматов?

Литература:

1.      Ю.Н.Егоров, Н.П.Голубев. Уроки робототехники.Радио связь, 1990.

2.      А.В.Тимофеев. Роботы и искусственный интеллект. Наука. 1978.