Штучний інтелект: погляд у майбутнє

У деяких випадках можливе дистанційне електричне управління робототехнічним пристроєм за допомогою людини-оператора. Однак, на жаль, зустрічаються і такі випадки, коли це важко або неможливо. Наприклад, управління робототехнічним пристрєм на далекій планеті представляється досить складним, так як час проходження сигналів зі швидкістю світла від землі до планети становить кілька секунд і передача інформації про результати операції також займає кілька секунд.

Деякі моделі робототехнічних пристроїв мають таку перевагу, що можуть працювати в повній темряві. Наприклад, немає необхідності висвітлювати тунель, по якому рухається керований роботом поштовий поїзд. Вже зараз рухливі роботи використовуються для обстеження внутрішньої поверхні дренажних і нафтових труб малого діаметру завдовжки до 14 км.

У науково-фантастичній літературі роботи зазвичай ходять, але не літають. Реальні роботоподібні пристрої, на жаль, більш різноманітні. Найбільш відомий приклад повністю рухомого, повністю незалежного робота дає керовану зброю - роботоподібний реактивний снаряд. Ці пристрої у важких умовах виявляють метан і роблять це набагато точніше, ніж будь-яка людина.

У космосі літаючі роботи стежать за діяльністю на Землі. Там вони, однак, виконують також і більш мирну роботу: ретранслюють телевізійні програми і досліджують Місяць. У цьому відношенні робот набагато більш різнобічний, ніж людина. Ця різнобічність, ймовірно, ще більше зросте, коли ми навчимося виробляти роботів з складнішою нервовою системою. Вже виявилося можливим сконструювати автопілот, який не тільки управляє горизонтальним польотом літака, але і виробляє автоматично зліт і посадку.

Зараз є додаткова можливість створення рухливого робота, заснована на принципі роботи апарату на повітряній подушці. Цей принцип уже використовувався в побутових приладах і в газонокосарках, але ще ніколи не застосовувався для «підвішування» рухомих роботів. Широко використовуваними різновидами літаючого робота є радіо - і радіолокаційні системи, призначені для передачі на Землю необхідних для передбачення погоди даних про верхні шари атмосфери, хоча напрямок переміщення визначається тут не самою системою, а напрямком вітру.

Радіокерована безпілотна авіація довгий час використовувалася для таких цілей, як навчальна стрільба, де неможливість використання пілота очевидна. Наприклад, літак-мішень «Королева Бджола», який використовувався на початку 40-х років ХХ століття, був просто модифікацією «Тигрового Метелика» звичайним чином пілотованого біплана. «Королева Бджола» керована з Землі за допомогою 10 кнопок або іноді від диска на зразок телефонного. Було знайдено рішення для вельми успішної посадки «Королеви Бджоли», забезпеченою поплавками натомість коліс, за допомогою дистанційного управління, навіть якщо море було неспокійним. Вдосконалений варіант цього літака був відомий під назвою «Королева Оса». Системи управління, подібні цим, використовувалися також на радіокерованих швидкохідних катерах-цілях «Королева Качка» і «Королева Чайка». Від цих систем управління згодом перейшли до більш складної системи «Рестлес», яка також оснащувалась радіокерованими швидкохідними катерами.

Пізніше, на початку 50-х років, в Австралії був створений літак-мішень «Індвік». Він міг злетіти з керованою від гіроскопа візки багаторазового застосування. Пневматичний привід забезпечувався повітрям, що зберігаються під тиском близько 14 000 кПа, після фільтрації і пониження тиску приблизно до 4000 кПа. Електрична енергія для «Індвіка» надходила від генератора постійного струму з паралельним збудженням, паралельно якому підключався працюючий вхолосту 12-батарейний свинцево-кислотний акумулятор. Основне енергопостачання забезпечувалося газотурбінним двигуном. Надалі було проведено багато нових розробок, аж до створення проектів використання безпілотної авіації в бою.

Були проведені дослідження проектів роботів разового застосування і дистанційно керованих маніпуляторів, призначених для виконання робіт поза космічного корабля за відсутності човникових систем, які можуть перевозити ремонтників до супутників, що знаходяться на орбіті. Можливість створення дистанційно керованих космічних роботів була швидко реалізована; дійсно, вже «Сервейор - 3», який здійснив безпілотний місячний політ, був оснащений «копачем», керованим із Землі. Виявилося можливим зібрати зразки місячної породи і укласти їх з відхиленням в межах 6 мм від необхідної позиції. Однак потенційна цінність такого дистанційного маніпулювання була практично продемонстрована в січні 1968 «Сервейором - 7».

В Аргонській національної лабораторії виявили, що оператор, «знявши піджак» і використовуючий маніпулятор, здатний на те ж, що і оператор, що знаходиться в космосі. В обох випадках для виконання завдання потрібно в три рази більше часу, ніж, якби воно виконувалося безпосередньо рукою людини. Дистанційні маніпулятори були запропоновані для будь-яких космічних застосувань, де є небезпека для людей або потрібна витривалість, де виходить виграш у вартості і масі, або просто підвищується ймовірність успіху. Такі дистанційні маніпулятори були названі андроїдальними телеоператорами, або, для стислості, андроїдами, але хочеться сподіватися, що термін «андроїд» не отримає широкого розповсюдження, оскільки він має вельми спеціальне і цілком певне значення.

У космічного маніпулятора, пропонованого нині, сім рухів: одне для загарбання, три переносних і три кутових. У маніпулятора «Сервейора» чотири рухи, кожне з кроковим управлінням із Землі. Єдиною формою зворотного зв'язку до оператора є нерухоме зображення, на обробку якого витрачається близько 1 хв. Управління, тому уповільнене. Зазвичай маніпулятори двосторонньої дії, тобто мають зворотний зв'язок до оператора, призводять до витрат приблизно в 310 разів більшого часу на виконання завдання, ніж при роботі вручну, в той час як маніпуляторам односторонньої дії без зворотного зв'язку потрібно приблизно в 30 100 разів більше часу на виконання цього ж завдання. Однак за зворотній зв'язок доводиться розплачуватися додаткової масою близько 45 кг.

Дослідження привели до попереднього проекту стандартизованого електричного космічного маніпулятора загального призначення для використання при польотах, як з екіпажем, так і без нього. Зазвичай такий літальний апарат повинен зробити стикування з супутником, щоб передати вантаж, відкрити люки, замінити електронні модулі супутника і відстикуватися від нього після перевірки системи. Від цього апарату потрібно виконувати таку роботу, щонайменше, 10 раз на два роки. Він повинен утримувати максимальне стиснення протягом 30 с, не допускаючи перевищення температури в 100 ° С. Час затримки в передачі сигналів управління має бути між 0,24 і 1,0 с. Дослідження показують, що такі вимоги здійсненні.

Конструкція, опублікована в кінці 1969 р., містила дві руки, по одній з кожного боку телевізійної камери. Загальна маса літального апарату, включаючи паливо, становила майже 450 кг; при цьому номінальна потужність і пікова потужність були відповідно 200 і 1000 Вт Крім того, на апараті могла встановлюватися камера крупного плану на напівжорсткому кріпленні. Подібні дослідження наближають час, коли ми будемо готові послати в космос справжніх роботів, які будуть передавати нам інформацію, але вже без безпосереднього управління кожним їх рухом.

Наявність затримок управління робить абсолютно очевидною необхідність створення саме такого напівнезалежного робота, який виконує загальні команди і не вимагає поелементного управління.

Космічна робототехніка один з найперспективніших напрямків розвитку сучасної космонавтики. Виникнувши на стику пілотованої і безпілотної космонавтики, вона швидко сформувалася в самостійний напрям, що переживає в даний час бурхливий розвиток.

Робототехнічні системи космічного призначення,робот (або їх сукупність), який об'єднує в собі інтелектуальну підсистему управління, підсистему сенсорів, виконавчі органи, підсистему зв'язку і телекомунікацій. Основним призначенням такого робота (або їх сукупності) є автоматизація робіт при функціонуванні орбітальних станцій, космічних апаратів та їх угруповань у космічному просторі, а також застосування науково-дослідних комплексів на поверхні Місяця і планет Сонячної системи.

Космічна робототехніка істотно розширює функціональні можливості безпілотних космічних апаратів, доводячи їх практично до рівня пілотованих кораблів. У пілотованій ж космонавтиці робототехніка дозволяє істотно допомогти космонавтам при роботах, наприклад, у відкритому космосі, а також повністю звільнити їх від роботи в умовах інтенсивних іонізуючих випромінювань.

В цілому космічна робототехніка відкриває нові горизонти не тільки для розвитку традиційних засобів космонавтики, але і для створення принципово нових типів космічних апаратів, які суміщають гідності пілотованих і безпілотних апаратів. Особливо актуально це буде при дослідженні інших небесних тіл.

Космічна робототехніка вже сьогодні дозволяє різко підвищити ефективність космічних польотів, знизити витрати на їх експлуатацію, істотно розширити їх функціональні можливості, на порядок збільшити ресурс і надійність, підвищити безпеку космонавтів.

До основних робототехнічніх систем космічного призначення належать маніпулятори, планетоходи, пристрої для роботи всередині і зовні космічних кораблів (їх обслуговування, регламентні та ремонтні роботи) та інші.

Нижче наведені приклади роботів, що використовувалися і використовуються в космічних дослідженнях.

Бортовий маніпулятор «Канадарм - 2»

Бортовий маніпулятор «Канадарм - 2» призначений для переміщення корисних вантажів з вантажного відсіку кораблів багаторазового використання системи «Спейс Шаттл» до різних місць Міжнародної космічної станції (МКС), а також для транспортування вантажів і астронавтів зовні станції під час виходів у відкритий космос. Маніпулятор також використовується в разі потреби детального огляду розташованих далеко від населених модулів елементів МКС. Розроблено фахівцями канадської компанії MacDonald Dettwiler and Associates (MDA) на замовлення NАSА. Конструктивно складається з двох «плечей», з'єднаних «ліктьовим суглобом», і двох захоплень-ефекторів LEE (Latching End-Effectors) - A і B, з'єднаних з «плечима» «Запястьевимі суглобами». Експлуатується в даний час.

Планетоходи:

Всі планетоходи являють собою автоматизовані самохідні комплекси, призначені для досліджень на поверхні планет та інших небесних тіл. Розрізняються складом бортового обладнання, системами управління і зв'язку, а також місцем їх використання (до теперішнього часу Місяць або Марс, в перспективі - на поверхні будь-якого небесного тіла, за винятком зірок).

У період з 1970 року до 2007 року на поверхню Місяця і Марса були доставлені і функціонували там наступні планетоходи:

1. «Луноход - 1» (1970 р.) і «Луноход - 2» (1973 р.) автоматизовані комплекси, створені фахівцями НВО ім. С.А. Лавочкіна за участю ВНІІТРАНСМАШ. Успішно функціонували протягом кількох місяців на поверхні Місяця, довівши тим самим саму можливість створення подібних зразків техніки.

2. Марсохід «Суінджер» (1997 р.) розроблений і виготовлений кооперацією підприємств США під керівництвом Лабораторії реактивного руху за замовленням NАSА. Протягом трьох місяців працював на поверхні Марса.

3. Марсоходи" Спірит" і «Оппортуніті» розроблені і виготовлені кооперацією підприємств США під керівництвом Лабораторії реактивного руху за замовленням NАSА. Працюють на поверхні Марса вже більше трьох років. У самий найближчий час прогнозується створення та доставка на поверхню небесних тіл планетоходів, створених в Росії, США, Китаї.

Крокуючий адаптивний робот «Циркуль»

Крокуючий адаптивний робот «Циркуль» призначений для виконання інспекцій та інших маніпуляційних операцій у важкодоступних технологічних зонах: обслуговування і збірка космічних станцій, огляд і ремонт трубопроводів та іншого устаткування і т.д. Розроблено в ЦНДІ робототехніки та технічної кібернетики (м. Санкт-Петербург).

«Персональний помічник астронавта» (Personal Satellite Assistant, PSA)

Малорозмірний пристрій, здатний переміщатися у внутрішніх обсягах кораблів і станцій за рахунок мініатюрних реактивних двигунів. Призначено для «інформаційної підтримки» астронавтів при їх роботі з бортовим обладнанням. Розробка ведеться фахівцями Дослідницького центру NASA імені Еймса.

Пристрій оснащений датчиками атмосфери, що вимірюють майже всі її параметри. Може служити засобом безпосереднього зв'язку астронавтів і наземних центрів управління польотом. Може працювати автономно і по командах із Землі.

«Робонаут» (Robonaut)

Телекерований робот-кентавр, що представляє собою нове покоління високомобільних маніпуляторів для роботи у відкритому космосі. Призначений для надання допомоги астронавтам при роботі у відкритому космосі в екстремальних ситуаціях (спалах на Сонці, робота в зоні радіаційних поясів та інше) або коли астронавт не може виконати ті чи інші операції в силу фізіологічних обмежень людського організму. Може переміщати вантажі значної маси з ювелірною точністю. Робота ведеться спільно NASA і Управлінням перспективних проектів Міністерства оборони США (DARPA). Проект знаходиться в стадії опрацювання.

Наведені вище приклади лише мала частина того, що робилося, робиться, і буде робитися в космічній робототехніці.

Разом з тим, говорячи про сьогоднішні досягнення космічної робототехніки, потрібно розуміти, що ми перебуваємо лише на початку шляху. Зростання складу завдань, що виконуються з використанням робототехнічних систем космічного призначення, а також підвищення вимог до якості їх вирішення робить необхідним формування адекватної концепції їх розвитку.

Основними напрямами розвитку робототехнічних систем космічного призначення на найближчу перспективу є рішення функціональних, технологічних, сервісних та організаційних завдань, що виникають в ході космічних польотів, за результатами яких і повинні бути сформульовані технічні вимоги до перспективних робототехнічні системи космічного призначення .

Як показав досвід впровадження робототехніка, є новою формою технічної та організаційної осередку, найбільш повно відповідає потребам сучасного виробництва. Робототехніка гнучка, економна і раціональна форма обробки деталей та виробів більш високої вартості і кращої якості середніми і малими серіями. Робототехніка реалізує прагнення до зниження напруженості людини в роботі, пов'язаної з необхідністю пристосовуватися до циклу машини, призводить до заміни конвеєрних ліній складальними бригадами, в основу управління якими покладено бригадний підряд. 
Висновок