[Робототехника ғажабы] Алуантүрлі робототехника

«Пән ғажабы неде» жобаның барлық мақалалары
«Робототехника ғажабы» циклдың басқа мақалалары
Футуристік болашақтың бастамасы: роботтар қалай жасалынады
Бастан-аяқ робототехника олимпиадалары туралы
Құлтемірлердің бізді құрдымға кетіруге де уақыттары жоқ
Есерсоқ қолдар (robotics edition!)
Робототехника жарымжан жандардың мәселесін қалай шешеді?

Жеткілікті түрде дамыған кез-келген технологияның сиқырдан айырмашылығы жоқ.                                                                                                                                                                                                            — Артур Кларк

Біз «Робототехника ғажабы неде» жобасы аясында, бұл бағыттың керемет мүмкіндіктері мен ерекшеліктері жайлы баяндайтын бірқатар мақалалар жаздық. Бұл аталмыш басылымда біз робототехниканың қалай және қашан, оның қандай тапсырмаларды шешетіні және оның қандай даму перспективаларын ашатыны туралы айтамыз. Бірақ алдымен, «робототехника» сөзінің қайдан пайда болғанын біліп алайық.

Этимология

Ғылым ретінде ғана емес, сөз тұрғысынан да робототехника жақында пайда болды. Адамзат «робот» деген түсінік үшін, оны алғаш рет өзінің ғылыми-фантастикалық пьесасында (\(1920\) ж.) қолданған чех жазушысы Карел Чапекке қарыздар. «Робототехника» (\(1941\) ж.) сөзі бізге Айзек Азимовтың арқасында келді. Болашақ танымал жазушы-фантаст Айзек Азимов көпшіліктің назарын енді-енді дамып келе жатқан робототехника саласына келтіріп, соның арқасында ол технологиялар мен жасанды интеллект әлеміндегі ең маңызды қайраткерлердің біріне айналды. Ол өзінің кітаптарында жасанды интеллекттің өмір сүру этикасына әсер еткен әйгілі Робототехниканың үш заңын тұжырымдады. Жарты ғасырдан астам уақыт өтсе де, Айзек Азимовтың «Үш заңы» қазіргі ғылыми фантаст жазушылардың көптеген еңбектерінде әлі күнге дейін резонанс тудырады.

Робототехниканың дүниеге келуі

Робототехника қолданатын заманауи технологиялар салыстырмалы түрде жақында пайда болды, сондықтан бір қарағанда қарапайым робототехниканың тарихы кәдімгі оқулықтың екі парағына оңай енетін сияқты көрінуі мүмкін.

Бір жағынан ол да бар, робототехника — өзінің қарқынды дамуын 10 жыл бұрын бастаған өте жас ғылым. Алайда ежелгі заманнан-ақ адамдар тірі жанның болмысын қайталай алатын жансыз заттарды тірілту туралы ойлаған. Шынында, ол кездері адамның жансыз әлемді жандандыруға деген ұмтылысы мүлде техникалық жағынан емес, керісінше діни және ғұрыптық сипатта көрініс тапты. Мысалы, Шива мен Шакти бейнелеріне табыну арқылы индуистер құдайлардың мүсіндеріне «өмір» мен жан сыйлаған.

Пұтқа табынушылық мүсіндер мен қазіргі заманғы роботтар арасындағы байланыс негізсіз, тіпті асыра сілтелген сияқты көрінуі мүмкін. Шын мәнісінде, ежелгі адамның қоршаған әлемге өмір сыйлау деген қарапайым қалауының арқасында, әлемде робототехника технологиясыз және ғылымсыз күңгірт ұшқынмен жарқырады. Робототехника идеясы әп сәтте пайда болған жоқ, адамдар оған ұзақ уақыт жұмсады!

Роботтардың алғашқы прототиптері

Біздің заманымызға дейін жеткен ежелгі роботтардың сенімді үлгілері аса көп емес. Сондай үлгілердің бірі — Леонардо да Винчидің роботы. Ол қолы мен мойнын қозғалта алады, тіпті отырып, тұра да алады. Бұл адам тәрізді робот өте пайдалы болмағанымен, бастысы ол материалды түрде болды!

Роботтарға ұқсайтын құрылғылардың көптеген сенімсіз мысалдары бар. Солардың бірі — Жак де Вокансонның шамамен 1739 жылы мыстан жасаған механикалық ойыншық үйрегі. Ол қанаттарын қағып, жем жей алады. Шын мәнісінде, «робо-үйректің» құрылымы мен жұмысын көрсететін сенімді дереккөздер табылған жоқ. Ал механикалық үйрек өрт кезінде өртеніп, сызбалар болса жоғалып кетті деп есептелінеді.

Робот үйрек пен механикалық адамның мысалынан-ақ адамдардың табиғатқа еліктеуіне және адам тәрізді андроид роботтарды жасауға деген ұмтылысын байқауға болады. Бұл негізгі ұстаным бүгінгі күні де жалғасуда. Ойыншық үйректің болмысының қызықтырушылығы ерекше назар аудартқанымен, Леонардо да Винчидің робот жасау мақсаты әлі күнге дейін түсініксіз болып қала бермек. Дегенмен бұл екі өнертабыстың да практикалық тұрғыдан тиімді екендігін байқау қиындық туғызады. Олар пайда әкеле алады ма? Күрделі тапсырмаларды орындап, жұмыстың басым бөлігін өздеріне ала алады ма? Сонымен қашаннан бері робототехника бізге таныс түрге ене бастады?

Мұның бәрі өнеркәсіп төңкерісімен басталды. Бұл айтарлықтай өткір қиял да емес. Адамның ауыр жүктен жеңілдететін машиналар мен аппараттарды ойлап табуға итермелеген қажеттіліктер қаншама. Қолөнер дамыған кезден бастап-ақ, адамдар еңбек өнімділігін арттырудың барлық мүмкін болатын жолдарын іздеді. Бұл тілектің өркендеуіндегі шарықтау шегі болып үш өнеркәсіптік төңкеріс танылды.

Бірінші кезеңде (XVIII ғ-дың ортасы — IX ғ-дың басында) адамдар қол еңбегінен машина өндірісіне ауысты. Бұл қысқа мерзімде көп мөлшердегі өнімді шығаруға мүмкіндік берді. Адамдар мұнымен тоқтап қалмады. Екінші төңкеріс келісімен (XIX ғасырдың ортасы — XX ғасырдың басы) машина өндірісінің дамуы мен жетілуіне, электрлендіруіне, байланыс жүйелерін жетілдіруге және нәтижесінде жаһандануға әкелді. Сонымен үшінші өнеркәсіптік төңкеріс (XX ғасырдың ортасы) біз білетін робототехниканың пайда болуы үшін барлық қажетті жағдайларды жасады. Үшінші төңкерістің шарықтау шегі робототехниканың негізін қалаған транзисторды ойлап табу болды. Дәл осы кезде, яғни автономды роботтарға ұқсас алғашқы роботтар жасала бастағанда қазіргі робототехниканы дамытудың бағыты қойылды.

Бүгінгі робототехника дегенді қалай түсінеміз?

Бүгінгі таңда робототехника әр түрлі формада бола алады. Бұл қолданбалы ғана емес, сонымен қатар ғылыми зерттеулер мен тәжірибелі де саналы ғылым. Қолданбалы ғылым жинақталған ғылыми білімді тікелей өндіріске жіберетін болса, зерттеу ғылымы тақырыпты теориялық тұрғыда зерттейді. Мысалы, заманауи роботтарды қалай жақсартуға болады деген сұраққа жауап береді. Сондай модернизациялардың біріне Evolutionary Robotics әдістемесі мысал бола алады. Сөзбе-сөз аударсақ «Эволюциялық Робототехника», яғни ғалымдар роботтардың табиғи сұрыпталу процесіне еліктейді: мықтылардың мықтысы мен өмірге бейімделгендер тірі қалады. Осы арқылы мамандандырылған жұмыс саласындағы ең жақсы өнімділікке ие роботтар таңдалады.

Робототехника салалары

Робототехника өте жас болғанына қарамастан, көптеген бағыттар мен мамандықтарды қалыптастырып үлгерді. Жарқын мысалдардың бірі — ол жұмсақ робототехника. Бұл саладағы робототехника инженерлері тірі ағзалардың тіндеріне ұқсас жұмсақ, икемді және серпімді материалдардан роботтар құрастырады. Жұмсақ роботтар қатты роботтарға қолжетімсіз, әртүрлі тереңдіктегі немесе тар жолдарға сығылу мүмкіндігі қажет болған жерлерде қызмет етеді. Осы қабілеттің арқасында оларды мұхит пен ғарышты игеруде, нан-тоқаш өндірісінде, хирургия мен эндоскопияда, сондай-ақ жасанды мүшелер жасауда қолданады.

Роботтардың жіктелуі

Роботтарды тек бір белгі бойынша анықтау қиын екенін айта кету керек. Егер роботтарды мақсатына қарай бөлетін болсақ, онда үш негізгі түрді ажыратуға болады: тұрмыстық, өнеркәсіптік және әскери. Егер біз жұмыстың сипатына негізгі өлшемшарт ретінде сүйенетін болсақ, онда қауіпті ортадағы жұмыстарды, репетативті (қайталанатын) жұмыстарды және жоғары дәлдік пен сенімділікті қажет ететін жұмыстарды орындайтын роботтар да кездеседі. Роботтардың кейбір түрлерін толығырақ қарастырайық.

Жоғары дәлдік пен сенімділік, мысалы, көз хирургиясында адамның ең «нәзік» ағзасына ота жасау кезінде керек. Робот-хирургтар әлемнің көптеген елдерінде кеңінен қолданылуда, ал бір ғана «da Vinci» роботы жасай алатын түрлі операциялардың саны бірнеше ондағанға дейін жетеді.

Адам өміріне қауіп төндіретін жұмыстар да өте көп: бомбаларды залалсыздандыру, радиациямен ластанған жерді тазалау, үлкен қысыммен немесе суға батқан кемелер, мұнай мұнаралары, не шахталар сияқты қолжетімсіз жерлерде жұмыс істеу, сондай-ақ өте жоғары немесе төмен температурада жұмыс істеу. Осының бәрімен де бізге роботтар көмектеседі.

Репетативті, басқаша айтсақ, монотонды жұмысқа негізінен өндірісте тауарларды өндіру, буып-түю және тасымалдау жатады. Адамдарды жалықтыратын және қауіпті жұмыстарды орындайтын барлық робот-жұмысшыларға құрмет көрсету керек. Сіз ішетін бөтелкені ешкім қолымен жасаған жоқ, оған ешкім су құйған жоқ. Мұның бәрі бұрыннан роботтардың арқасында конвейерге қойылған.

Өнеркәсіпте қолданылатын роботтардан басқа, әлеуметтік немесе тұрмыстық салада қолданылатын роботтар да бар. Олар бір нәрсені қайдан және қалай алу керектігін түсіндіріп, әкелу немесе қызмет ету процесстерін орындайды. Біздің көзімізге «дөрекі» болып көрінетін роботтар педагогика саласында аутизм спектрі бұзылған балалармен жұмыс жасаудың ерекше қосымшаларын тапты. Балалар көбіне ересектерге қарағанда роботтарға көбірек сенеді және бұл оқу процессін жеңілдетеді.

Роботтардың ортақ белгілері

Қолданыстағы барлық роботтар әмбебап ортақ сипаттамаларға ие. Біз роботты өзіне жүктелген тапсырманы орындау үшін кигізетін механикалық қабық, не «киім» бірден көзге түседі. Әр роботта құрамы мен формасын роботтың функциясы анықтайтын қабығы болады. Бірақ роботтың функциясын түсіну үшін әзірлеушілерге оның мақсатын тұжырымдау керек: робот заттарды итере ме, көтере ме немесе айналдыра ма? Бұл заттар қандай мөлшерде? Ол орнында тұра ма немесе қозғала ма? Егер қозғалатын болса, онда қандай жерде? Балшық, батпақтар мен шұңқырларда, әлде мүмкін зауыттың тегіс қабатында? Инженер осы және басқа да көптеген сұрақтарға жауап беру арқылы ғана роботтың қандай пішінде болуы керектігін нақты түсінеді.

Тексеруді сыртынан аяқтағаннан кейін, ішіне тереңірек қарайық. Роботтардың екінші маңызды ерекшелігі — роботты «жандандыру», тамақтандыру және қозғалысқа келтіру үшін қажет электрондық компоненттер. Сонымен қатар, электронды компоненттер роботты көздермен, құлақтармен және басқа да сезімтал органдармен жабдықтайтын сенсорлар рөлін атқарады.

Робот айналасындағы әлемді сезіне алатын болса, әзірлеушілер онымен қарым-қатынасты қамтамасыз ету керек. Механикалық құрылым мен адам арасындағы байланысты жүзеге асыру үшін бағдарламалық кодты жазу қажет, соның арқасында адамдар роботпен ток және кернеу тілінде байланыс жасай алады. Бағдарламалық код — барлық роботтардың үшінші ажырамас бөлігі. Оны қолдана отырып, адам роботты басқаруға мүмкіндік алады.

Роботты басқару кең және өте қызықты тақырып екенін атап өткен дұрыс және ол біздің цикл аясында жеке мақалаға лайық. Сондықтан біз бұл туралы егжей-тегжейлі айтпаймыз. Алайда біз белгілі бір тапсырмаларды орындау кезінде роботтың дербестігі (тәуелсіздігі) ұғымы көбінесе басқару контекстінде қолданылатындығын атап өтеміз. Мысалы, өнеркәсіптік конвейерлік робот өндірісте өздігінен жүреді, алайда оның жеке ақыл-ойы жоқ, себебі ол әзірлеуші белгілеген қатаң үлгі бойынша жұмыс істейді. Роботтардың дербестігі фантаст жазушылардың дистопияларының қайғылы сюжеттерін жүзеге асырмау үшін робоэтикамен қатаң реттеледі.

Робототехникалық дағдылар және қолда бар материалдардан жасалған роботтар

Робототехниканы оқу қызықты ғана емес, сонымен қатар пайдалы. Мектептегі немесе университеттік білім беру робототехникасын үйрену кезінде өмірде таптырмайтын көптеген дағдылар жақсы дамиды, мысалы, себеп-салдарлық байланыстардың тез құрылуы және оқудағы тәуелсіздік. Олимпиадалық робототехника командалық жұмыстың құнды тәжірибесін ұсынады, көшбасшылық қасиеттерді дамытуға септігін тигізеді, күтпеген мәселелерді шешу үшін қажетті жобаны таныстыру дағдыларын және сыни ойлауды дамытуға ықпал етеді.

Робототехника — бұл шығармашылық көзқарасты және креативтің едәуір бөлігін қажет ететін өнер түрі, өйткені робот кез келген қатты матерталдан тұра алады. Робот күрделі құйылған титан бөлшектерінен, көміртегі мен авиациялық алюминийден жасалуы және бірегей баспа платалары бар арнайы микроконтроллерлерде бағдарламаланған болуы мүмкін. Бірақ оны алюминий рельстерден, ПВХ-дан, 3D-принтерде басылған пластикалық бөлшектерден және бірнеше Arduino тақталарынан немесе Lego EV3-тен шағын мектеп зертханасында да құрастыруға болады. Робототехника қатаң шектеулерге шыдамайды, сондықтан ұшан-теңіз ойлар мен әртүрлі мүмкіндіктер робототехниканы жаңа деңгейге көтереді, бұл оны механик-инженерлер үшін де, қарапайым оқушылар үшін де қол жетімді етеді.

Қорытынды

Робототехника әлі өте жас. Оның жолы белгісіздікке толы болса да, робототехникада көптеген еркіндік бар. Біздің ұрпақ робототехниканы оның ең жақсы көріністерінің бірінде тауып, онымен бірге бүкіл адамзаттың болашағына деген қызықты жолмен жүруге мүмкіндік алды. Робототехника өзгерістерге бейімделіп қана қоймай, өзіміз өзгерістердің көзі бола алатындығымызды дәл көрсетеді!

«Beyond Curriculum» қоры «Пән ғажабы неде» циклы материалдарын «Караван знаний» жобасымен серіктестікте және «Шеврон» компаниясының қолдауымен жариялауда. «Караван знаний» – жетекші қазақстандық және халықаралық сарапшылардың қатысуымен орындалған алдыңғы қатарлы білім тәжірибелерін зерттеу мен талқылау бойынша бастама.

Аударған: Дана Хыдырова

Редактор: Дильназ Жемісбек