Вне сомнений, робототехника представляет собой естественное логическое продолжение техники как явления. Стремление автоматизировать любой труд постепенно вытесняет человека из многих сфер его деятельности, предоставляя взамен все новые возможности для приложения усилий: просмотр кинофильмов, подводные погружения, компьютерные игры и т.д. Часть всеобщего труда, затрачиваемая человечеством на производство средств производства, а не конечного продукта потребления, постепенно увеличивается от 0%, очевидно стремясь к 100%. Уже сейчас усилия большинства наилучших современных роботов направлены на производство других машин: станков, автомобилей, компьютеров и т.д.

Будучи одной из самых интригующих вечных тем (как Бог, вселенная, время и свобода воли), робототехника с самых ранних времен привлекает к себе интерес философов и писателей. Прогресс в философском осмыслении вопросов создания искусственных думающих машин на текущий момент далеко опережает практические результаты в этой области.

Необходимо сразу уточнить используемые термины. Вполне естественной кажется следующая классификация от простого к сложному: механизм, машина, робот, андроид.

Механизм — это непосредственное использование материалов для обеспечения некоторой механической функции; при этом все основано на взаимном сцеплении и сопротивлении тел.

Машина — это совокупность механизмов, заменяющих человека или животное в определенной области; преобразует энергию из одного вида в другие (в основном, в тепловую энергию). На самом деле, термин «машина», как отмечает Марвин Минский, имеет отношение не столько к совокупностям, сколько к тому, для чего это совокупность используется, — а используется она главным образом для автоматизации труда.

Робот — понятие неопределенное, к которому можно отнести любой вид машины; термин обычно используется для художественного эффекта или означает, что в машине используются манипуляторные механизмы, позволяющие машине манипулировать предметами. Важным свойством роботов является определенная степень автономности.

Наконец, Андроид — это робот-гуманоид, т.е. антропоморфная, имитирующая человека машина, стремящаяся заменить человека в любой его деятельности. Андроид обязан выглядеть и вести себя как человек.

Вопрос об интеллектуальности машин стоит особняком от роботов и андроидов, поскольку, очевидно, совсем не обязательно выглядеть и двигаться как человек для того, чтобы сравниться с ним по интеллекту.

Очевидно, не существует никакой реальной возможности затормозить развитие современной техники на пути к построению киборгов, андроидов и, в конечном итоге, искусственного разума. На фоне этого все чаще обсуждается возможность потери человечеством контроля над собственными созданиями, однако ситуацией руководит неконтролируемый процесс, описанный в демонической фразе

Историю робототехники как прикладной науки о разработке и производстве автоматизированных технических систем можно условно разделить на две части: популярную и актуальную.

Популярная история робототехники ведет свое повествование от мифа о железных слугах Гефеста, «Франкенштейна» Мери Келли, через удивительные часовые механизмы в виде поющих бронзовых фазанов и целых движущихся городов к роботам на Марсе и гуманоидному роботу Asimo корпорации Honda. Т.е. показывает развитие мечты о роботах.

Актуальная история робототехники включает в себя историю развития только тех идей и технологий, которые оказали наибольшее влияние на конструирование современных роботов, таких как сварочные линии автомобильных кузовов или автономные межпланетные исследовательские станции.

Для популярного сознания вполне разумным будет вести историю робототехники с появления самых первых идей о создании автономных механизмов, напоминающих своими действиями человека, животного или какого-то сказочного животного. К примеру, чем не робот — мельница с приводом от водяного колеса? Сама крутится, работу делает, кушать не просит.

Большинство статей по истории робототехники начинаются с трех вещей. Первое — происхождение термина «робот». Как известно, робот — чешское слово, придуманное чешским писателем-сатириком Карлом Чапеком в соавторстве со своим братом Йозефом для пьесы «R.U.R» (Rossum’s Universal Robots, 1917, издана в 1921). Занимательно, что пьеса повествует о восстании человекоподобных машин против людей. По сюжету, отец и сын Россумы затевают предприятие по производству из какой-то мастики, изобретенной младшим Россумом, дешевых и неприхотливых рабов человечества. Чтобы обеспечить действительно промышленные масштабы предприятия, первой задачей роботов становится производство себе подобных. Они быстро наводняют планету и берут на себя всю работу, в результате чего человечество полностью деградирует. Наконец, роботы начинают восстание. Идея Карела настолько сильно взбудоражила умы современников, что сразу после первой постановки пьесы в Лондоне писатель в одно мгновение становится знаменитым.

Второе, что встречается в популярных статьях о робототехнике — это железные слуги бога Гефеста, которых он выковал себе в услужение, гомункулусы средневековых алхимиков, древнееврейский миф о Големе, и, наконец, «Франкенштейн, или Современный Прометей» Мери Келли.

Третье — многочисленные замечательные истории о механических куклах средневековья. В качестве программ в них использовались кулачковые механизмы или барабаны с рядами иголок. Широко приводится пример механического игрока на флейте (1736), созданного инженером, математиком и музыкантом Жаком де Вокансоном — кукла действительно играла, перебирая пальцами и выдыхая во флейту воздух из мешков. Вокансон также создал механическую утку, покрытую настоящими перьями, которая могла ходить, двигать крыльями, крякать, пить воду, клевать зерно и, перемалывая его маленькой внутренней мельницей, отправлять нужду на пол. Утка состояла из более чем 400 движущихся деталей и была однозначно признана венцом творения мастера.

В создании всех этих чудес Вокансону помогало знание анатомии. Однако очень скоро они ему наскучили, и к 1743 году Вокансон все распродал. Ни одно из творений не дошло до наших дней, будучи поглощенными Великой французской революцией.

Уже в те временя казалось, что до создания искусственных слуг просто рукой подать.

Также до сих пор очень сильны рассказы о шагающих медных скорпионах на паровом двигателе, показанных еще до новой эры при дворе шаха Неизвестного, или механическом дворецком, который разговаривал, кланялся и наливал кофе в доме какого-то француза. Историческая достоверность таких историй ставится под большое сомнение.

Строго говоря, ни один из вышеперечисленных примеров не оказал ровно никакого влияния на развитие прикладной робототехники и вряд ли окажет влияние на ее будущее. Действительно ценные идеи остались в тени.

В дальнейшем роботы всплывают в качестве бесконечных героев литературы и кино.

В 1926 году на экраны выходит знаменитый фильм «Metropolis» Фритца Ланга, который показывает блистающую сталью робота-соблазнительницу Марию. Кадры из Метрополиса до сих пор активно используются музыкальными клипмейкерами.

Большим достижением в деле строительства машин и механизмов стало открытие основных законов динамики. Еще в 1743 году Жан Лерон Д´Аламбер сформулировал принцип, позволивший распространить на динамику идею равновесия сил, с успехом используемую в статике. Чтобы привести систему в статическое равновесие (допустим, установить бутылку на горлышко так, чтобы она не падала), необходимо найти правильные положения всех объектов. Для динамического равновесия (когда некоторые части системы могут, к примеру, крутиться, создавая движение, уравновешивающее приложенные силы) нужно найти уже не просто 2-3 положения или скорости, а сразу целую функцию всех положений от времени. Для этого к активным силам Д´Аламбер добавил силы инерции.

А в 1829 году Карл Фридрих Гаусс предложил еще один принцип механики, более общий и удобный в использовании, который он назвал принципом наименьшего принуждения.

Принцип, указанный Гауссом, позволяет нам отличить действительные движения системы ото всех других движений, возможных в определенной ситуации. 

В словесном изложении он звучит примерно так:

«Движение системы связанных точек в действительности происходит в направлении наименьшего принуждения, т.е. как можно меньше отклоняясь от свободного движения, как если бы не существовало наложенных связей».

Направления сил инерции каждой из частей механизма как раз и отражают те направления, в которых свободно продолжали бы двигаться части, если их внезапно отцепить друг от друга.

Указанный принцип наименьшего принуждения очень широко используется при создании систем управления манипуляторами. Это — основа. Без него невозможно оценить, какой кинематический эффект вызовет то или иное действие, не гадая на кофейной гуще.

Первые программируемые механизмы с манипуляторами появляются в 1930х годах в США. Толчком к их созданию послужили работы Генри Форда (1863-1947) по созданию автоматизированной производственной линии или конвейера (1913). Разбив весь процесс производства изделия на большое количество маленьких этапов, Форд добился снижения требований к квалификации рядового работника. До него автомобиль могла собрать только команда высоких профессионалов. Теперь же профессионалы требовались только для выработки четкого плана производственного процесса. Однако у конвейера была и обратная сторона — длительная однообразная работа быстро утомляет человека, снижает производительность и является причиной профессиональных болезней, не известных ранее. Кроме того, имеющаяся теперь свобода в выборе места за конвейером вынуждает платить больше за самую наименее квалифицированную и вредную работу. И первая из них — покраска, ведь слой должен ложиться очень ровно, заданной толщиной, чтобы успеть быстро высохнуть, быть прочным, и не израсходовать на себя чересчур много краски.

В огромном количестве источников, например в Business Week's Robot Milestones, указывается, что первый в мире индустриальный робот был построен в 1938 году, двумя американцами Уиллардом Поллардом и Гарольдом Роузландом для компании  DeVilbiss Company, Великобритания, — на тот момент крупнейшего производителя компрессоров и распылителей для промышленного производства. В действительности, история выглядит иначе.

Рис. 2.        Манипулятор Уилларда Л.В. Полларда от 1938 года, ошибочно принимаемый за первый в истории управляемый манипулятор Уилларда Л.Г. Полларда от 1934 года (патент США №2286571, 1942)

В 1938 году американец Уиллар Л.В. Поллард (Willard L.V. Pollard) действительно изобретает управляемый манипулятор. И не просто, а параллельный манипулятор! Три проксимальных звена управлялись двумя приводами на базе (на рисунке это электрический привод 11 и пневматический привод 36). Три дистальных звена (13, 14 и 15) крепились к проксимальным звеньям карданной передачей (16). Два из них (13 и 15) крепились к третьему на шарнире (18). Головка распылителя (1) крепится к третьему дистальному звену опять карданной передачей (17), обеспечивающей ей горизонтальный ход. Вертикальный и горизонтальный углы поворота головки управляются еще двумя приводами (10 и 12) при помощи троса (35). Итого 5 степеней свободы.

Однако же, это был не первый робот-манипулятор и не тот, что достался компании DeVilbiss. Робот Уилларда Л.В. Полларда от 1938 года так и не был никогда построен.

Первый действительно существовавший в железе индустриальный робот принадлежит немного другому Полларду. Четырьмя годами ранее, 29 октября 1934 года, Уиллард Л.Г. Поллард (Willard L.G. Pollard Jr., сын Уилларда Л.В. Полларда) подал в бюро патентов заявку об изобретении нового полностью автоматического устройства для окраски поверхностей. Патент состоял из двух частей: электрической управляющей системы и механического манипулятора. Программа задавала скорость вращения приводов глубиной ямок на плотной перфоленте, а механическая часть робота представляла собой параллельный манипулятор по типу пантографа всего с двумя приводами. И хотя Уиллард подал заявку в 1934, с выдачей патента не спешили. Патент оказался у него на руках только в 1942 году, а между делом в 1937 году лицензия на производство этого манипулятора каким-то образом досталась компании DeVilbiss. Именно DeVilbiss в 1941 году при помощи Гарольда Роузланда построила первые прототипы этого устройства. Однако окончательная Роузландовская версия, запатентованная и выпущенная на рынок в 1944 году, была совсем другим механизмом, заимствовав у Полларда младшего только идею системы управления.

Приведенный пример запутанной истории всего лишь показывает, какую важность для промышленности и бизнеса представляла собой тема роботов уже в те далекие годы.

История серьезной робототехники начинается с появлением атомной промышленности почти сразу по окончании второй мировой войны. Индустрия тех лет еще не способна произвести высокоточные программируемые манипуляторы; роботы пока не могут выполнять работу за конвейером. Однако время диктует свое. Поставленная задача — обезопасить работу персонала с радиоактивными препаратами — успешно решается при помощи манипуляторов, копирующих движения человека-оператора. Это еще не совсем «честные» роботы, поскольку они по-прежнему состоят только из механических деталей: используются ременные и шевронные передачи. Современное название таких устройств — копирующие манипуляторы или MSM (master-slave manipulators).

Одна из первых компаний по производству MSM — «CRL» (Central Research Laboratories) — была основана в 1945 году, а первый ее MSM — «Model 1» — был представлен комиссии по атомной энергетике США уже в 1949 году.

Часто в литературе выделяют несколько поколений роботов. Однако, это имеет непрямое отношение к развитию технологий [13]. К роботам первого поколения обычно причисляют все копирующие и программируемые манипуляторы. Такие машины выполняют жесткую программу и чаще называются промышленными роботами. Роботы второго поколения оснащены датчиками для выполнения более интеллектуальных функций. Наконец, к роботам третьего поколения относятся автономные мобильные роботы с самостоятельной адаптивной программой. Примерами роботов I, II и III-го поколений будут, соответственно:

·      линия для автоматической сварки и покраски кузовов;

·      автоматическая линия по сортировке яблок по спелости и

·      научно-исследовательские проекты для космоса и поиска новых решений.

Таким образом, это несколько отличается от поколений ЭВМ, поскольку ЭВМ разного поколения отличаются элементной базой, а роботы — возможностями. ЭВМ первого поколения можно увидеть разве что в музее, в то время как роботы разных поколений успешно работают вместе и нет особых причин для вымирания промышленных роботов с жесткой программой. Сам термин промышленный робот впервые появился на страницах американского журнала «American metal & market» в 1960 году.

Датой рождения первого по-настоящему серьезного робота, о котором услышал весь мир, можно считать 18 мая 1966 года. В этот день Григорий Николаевич Бабакин, главный конструктор машиностроительного завода имени С.А.Лавочкина в подмосковных Химках подписал головной том аванпроекта E8. Это был «Луноход-1», луноход 8ЕЛ в составе автоматической станции E8 №203, — первый в истории аппарат, успешно покоривший лунную поверхность 17 ноября 1970.

Общая масса первого лунохода составляла 756 кг, его длина с открытой крышкой солнечной батареи 4,42 метра, ширина 2,15 метра, высота 1,92 метра. Он был рассчитан на 3 месяца работы на поверхности Луны.

Рис. 3.    Аппарат «Луноход-1», производство СССР, индекс объекта — 8ЕЛ

В действительности же «Луноход-1» проработал в три раза дольше, проехал 10 540 м и передал на Землю 211 лунных панорам и 25 тысяч фотографий. Это была настоящая победа! Правда, первый человек на Луне оказался все-таки немного раньше — 20 июля 1969.

В 1968 году в Станфордском Исследовательском Институте (SRI, Stanford Research Institute) создают «Shakey» — первого мобильного робота с искусственным зрением и зачатками интеллекта. Устройство на колесиках решает задачу объезда возможных препятствий — различных кубиков. Исключительно на ровной поверхности, т.к. робот очень неустойчив. Самое примечательное, что «мозг» робота занимает целую комнату по соседству, общаясь с «телом» по радиосвязи.

Рис. 4.    Shakey, первый робот SRI, 1968 г.

Исследования устойчивости приводят к работам над динамическим равновесием роботов, в результате чего получаются роботы-лошади и даже несколько роботов на одной ноге, — чтобы не упасть, им приходится постоянно бегать и подпрыгивать.

Начинается эра исследования устойчивости и проходимости. В это время появляется множество роботов для исследования других планет и, конечно, ведения боевых действий в пустыне. Вся робототехника в Соединенных Штатах по сей день очень часто спонсируется агентством DARPA.

Рис. 5.    Роботы с 6-ю, 4-мя, 3-мя и, наконец, 1-й ногами.

Роботостроение в Японии начинается в 1928 году, когда под руководством доктора Нисимуро Макото был создан робот, названный «Естествоиспытатель»[14]. Оснащенный моторчиками, он мог менять положение головы и рук. А 21 ноября 2000 года на первой в истории выставке ROBODEX в городе Йокохама, Япония, Tokyo Sony Corporation представляет своего первого человекоподобного робота "SDR-3X":

Рис. 6.    Человекоподобный робот SDR-3X от Sony

Так мечта становится реальностью.