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. Тем не менее, не существует никакой реальной возможности затормозить развитие современной техники на пути к построению киборгов, андроидов и, в конечном итоге, искусственного разума.

История робототехники берет свое начало задолго до появления микросхем. Уже в XVIII веке тема создания автоматов привлекала внимание лучших умов. Например, французский изобретатель Жак де Вокансон создал ряд удивительных механических устройств, включая знаменитого механического утку, который имитировал процессы пищеварения. Важную роль в развитии теоретической основы для таких машин сыграл Жан Лерон Д'Аламбер, предложивший ключевые законы динамики, которые позже нашли применение в механике и робототехнике. Также стоит отметить вклад Фридриха Гаусса, который разработал методы математического моделирования движений, что значительно упростило расчеты для сложных механизмов.
Однако первые настоящие программируемые механизмы появились только в 1930-х годах в США. Именно тогда инженеры начали разрабатывать устройства, которые могли выполнять повторяющиеся действия по заранее установленной программе.
Все вышеперечисленные механизмы в последствии получат название «роботы первого поколения».
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;
· научно-исследовательские проекты для космоса и поиска новых решений.
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. "Луноход-1" представлял собой электромеханическую систему, работающую на основе транзисторов и аналоговой электроники, управляемую дистанционно с Земли. Электронная система управления энергопитанием контролировала зарядку и разрядку аккумуляторов от солнечной панели, а для сбора научных данных использовалась специальная электроника, которая регистрировала показания с таких приборов, как рентгеновский спектрометр и лазерный отражатель.
В этот же период появились микропроцессорные системы управления, которые заменили специализированные блоки управления роботов на программируемые контроллеры. Это позволило уменьшить стоимость моделей в три раза.
В 1982 году в IBM разработали официальный язык для программирования робототехнических систем, а спустя два года компания Adept представила первый робот Scara с электроприводом.
Прогресс в робототехнике и ключевые компоненты
В последние годы робототехника сделала огромный шаг вперед благодаря использованию современных электронных компонентов. Роботы теперь активно применяются в самых разных областях: от автоматизации на производстве до беспилотников в сельском хозяйстве и медицинских роботов в здравоохранении. Современные технологии, такие как совместные роботы (коботы) для логистики, стали неотъемлемой частью как промышленности, так и повседневной жизни.
Основные компоненты, которые делают эти роботы умными и функциональными, можно разбить на несколько типов микросхем:
Центральные процессоры (CPU) управляют всеми системами робота. Они обрабатывают данные с датчиков, выполняют вычисления и контролируют движения. Примеры таких процессоров — это модели от ARM и Intel.
Микроконтроллеры (MCU) объединяют процессор, память и порты ввода/вывода в одном чипе. Они идеально подходят для управления простыми задачами, такими как двигатели и датчики. Примеры включают микроконтроллеры от STM32 и Arduino.
Микросхемы памяти (например, оперативная память, флеш-память и EEPROM) хранят программы, данные и настройки. Оперативная память помогает в расчетах, а флеш-память и EEPROM сохраняют важные данные на длительный срок.
ASIC (специализированные интегральные схемы) создаются для выполнения конкретных задач, например, управления движением или обработки сигналов. Они обеспечивают отличную производительность в своих узкоспециализированных функциях.
SoC (System on a Chip) объединяют процессор, графический процессор, память и другие компоненты в одном чипе. Это позволяет достигать высокой производительности при низком потреблении энергии. Примеры таких микросхем — Qualcomm Snapdragon и NVIDIA Jetson.
FPGA (Field Programmable Gate Array) представляют собой программируемые логические матрицы. Они позволяют настраивать аппаратное обеспечение для выполнения конкретных задач и обработки данных в реальном времени. Примеры — Xilinx Zynq и Intel Stratix.
Сенсорные микросхемы дают роботам возможность воспринимать окружающую среду, используя датчики, такие как лидары, акселерометры и камеры. Это помогает роботам адаптироваться к изменениям вокруг них.
Интерфейсные микросхемы обеспечивают связь между различными частями робота и внешними системами. Они поддерживают различные стандарты связи, такие как Ethernet, Wi-Fi и Bluetooth. Примеры таких микросхем — ESP32 для Wi-Fi и Bluetooth и CAN-трансиверы для автомобильных систем.
Эти компоненты в совокупности делают роботов умными и эффективными, позволяя им выполнять широкий спектр задач в разных сферах.

Почему язык программирования важен для микросхем в робототехнике?
Когда мы говорим о роботах, язык программирования играет ключевую роль в их создании и работе. Он определяет, как микросхемы внутри робота будут взаимодействовать друг с другом и с другими компонентами. Это влияет на то, насколько эффективно и надежно будет работать робот. Давайте разберемся, почему это так важно.
Первое, что нужно знать, это то, что язык программирования помогает определять, как программы будут работать с микросхемами. Например, для создания микросхем с помощью FPGA часто используют специальные языки, такие как VHDL или Verilog. Эти языки позволяют разрабатывать сложные схемы и делать их работу максимально эффективной. Это особенно важно для роботов, которые должны работать быстро и надежно.
Современные роботы состоят из множества микросхем, каждая из которых выполняет свою функцию — например, управление двигателями или обработка данных от сенсоров. Язык программирования помогает объединить все эти функции в единое целое, чтобы робот мог работать как единое целое. Для этого часто используют высокоуровневые языки, такие как C или C++, которые делают разработку сложных программ более простой и понятной.
Также важно, что язык программирования позволяет создавать софт, который взаимодействует с микросхемами. Это включает в себя как управление конкретными функциями микросхем, так и создание сложных алгоритмов, которые управляют поведением робота. Языки программирования, такие как Python или Java, часто используются для обработки данных от сенсоров и управления действиями робота.
Еще одно важное применение языков программирования — это создание прототипов и тестирование. Программисты могут быстро изменять и тестировать алгоритмы, что помогает находить оптимальные решения и устранять ошибки. Это особенно важно, когда нужно создать надежный робот в короткие сроки.
Наконец, многие роботы взаимодействуют с внешними системами и сетями, такими как облачные платформы. Язык программирования помогает разработать протоколы связи, чтобы робот мог общаться с этими системами. Например, JavaScript и C# часто используются для создания сетевых протоколов и интеграции роботов с различными сервисами.
В общем, язык программирования — это то, что помогает микросхемам в роботах работать как единое целое и выполнять сложные задачи.

Современные роботы удивляют своим разнообразием и сложностью. Сегодня роботы применяются в самых разных областях: от медицины до космоса. Успех их работы во многом зависит от микросхем, которые позволяют машинам не только выполнять задачи, но и адаптироваться к изменениям в окружающей среде.
Один из ярких примеров — робот-хирург Da Vinci, который используется для проведения сложных операций с высокой точностью. Он управляется врачом, но благодаря встроенным микросхемам, Da Vinci способен совершать движения, которые обычный человек не смог бы сделать так точно. Это стало возможным благодаря мощным процессорам, микроконтроллерам и сенсорам, которые обеспечивают контроль за каждым движением инструмента.
Еще одним примером является робот Boston Dynamics Spot — четырёхногий робот, который может самостоятельно передвигаться по сложным поверхностям, открывать двери и переносить грузы. Благодаря микросхемам, робот может анализировать данные с сенсоров, корректировать своё движение в реальном времени и даже работать в условиях, опасных для человека, таких как заводы и аварийные зоны.
В сельском хозяйстве роботы, такие как AGROBOT, помогают собирать урожай. Благодаря микросхемам, они могут анализировать информацию с камер и сенсоров, определять зрелость плодов и аккуратно собирать их, не повреждая растения.
Эти примеры показывают, что микросхемы — это сердце современных роботов, без которых они не могли бы выполнять свои функции. Будущее робототехники обещает ещё больше инноваций, где микрочипы будут играть ключевую роль в создании роботов, способных к обучению и автономным действиям.

Развитие микросхем для роботов продолжается быстрыми темпами, и ближайшие годы могут принести настоящую революцию в этой области. Технологии, которые ещё недавно казались фантастикой, постепенно становятся реальностью. Среди ключевых направлений — квантовые вычисления и встроенный искусственный интеллект (ИИ), которые могут кардинально изменить возможности роботов.

Квантовые вычисления — одна из самых передовых технологий, которая потенциально изменит все сферы, включая робототехнику. В отличие от обычных компьютеров, которые работают с битами (единицами и нулями), квантовые компьютеры оперируют кубитами, способными находиться в нескольких состояниях одновременно. Это позволяет им решать сложные задачи намного быстрее.
Для роботов это означает возможность обработки огромных объемов данных в реальном времени, что особенно важно в автономных системах. Например, роботы смогут мгновенно анализировать сложные дорожные условия для беспилотных автомобилей или проводить глубинную обработку информации с сенсоров в промышленных роботах. Квантовые вычисления также помогут улучшить способность роботов к обучению и принятию решений, что сделает их более эффективными и автономными.

Встроенный ИИ — это следующий этап в развитии роботов, когда искусственный интеллект не просто используется как программа, а является частью микросхемы, встроенной в робота. Это означает, что роботы смогут "думать" быстрее и эффективнее, без необходимости обращаться к удалённым серверам для обработки данных.
Роботы с встроенным ИИ смогут адаптироваться к изменениям в реальном времени, обучаться на месте и принимать решения гораздо быстрее. Например, роботы-сотрудники в магазинах смогут не только помогать клиентам, но и моментально реагировать на изменения в товарах или очередях. В производстве роботы смогут оптимизировать свои действия без вмешательства человека, что значительно повысит производительность.

В ближайшие годы можно ожидать значительных прорывов в робототехнике благодаря развитию микросхем. Основными трендами станут:
Уменьшение размера и увеличение мощности микросхем, что позволит создавать компактных, но мощных роботов, которые смогут выполнять сложные задачи в ограниченных пространствах.
Увеличение автономности роботов благодаря более мощным процессорам и ИИ, встроенным непосредственно в микросхемы.
Интеграция роботов в повседневную жизнь. Например, роботы-ассистенты смогут помогать людям с особыми потребностями или выполнять бытовые задачи, что сделает роботов неотъемлемой частью нашей жизни.
С развитием технологий микросхем роботы будут становиться всё умнее, быстрее и эффективнее.

Робототехника — это не только технологии, но и важная часть нашего общества, которая меняет привычный уклад жизни. Как и любое большое нововведение, она вызывает вопросы, связанные с этикой и социальными последствиями. Давайте разберём, как роботы влияют на рынок труда, какие этические проблемы возникают и как будет выглядеть наше взаимодействие с машинами в будущем.

Один из главных вопросов, который волнует многих людей, — как роботы повлияют на рабочие места? Уже сегодня роботы активно заменяют людей в производстве, логистике и даже в сфере услуг. Например, на заводах многие монотонные задачи выполняются автоматизированными системами, что позволяет повысить производительность и снизить затраты. Однако это также приводит к сокращению рабочих мест.
Многие специалисты считают, что роботы действительно могут заменить людей на ряде профессий, особенно тех, которые связаны с рутинными задачами. Но при этом важно помнить, что с развитием технологий появляются и новые профессии. Людям придётся адаптироваться, получая новые навыки и обучаясь профессиям будущего, таким как разработка и обслуживание роботов.

С развитием роботов возникают и серьёзные этические вопросы. Например, если роботы заменят человека на работе, как быть с социальной ответственностью компаний и государств? Будет ли существовать необходимость в социальных выплатах или новом распределении доходов?
Другой важный аспект — это моральные дилеммы, связанные с роботами, которые могут принимать решения самостоятельно. Если робот примет неправильное решение или причинит вред, кто будет за это отвечать — разработчик, владелец или сам робот? Вопросы ответственности и контроля над автономными системами становятся всё более актуальными по мере их развития.
Также возникает вопрос конфиденциальности данных. Современные роботы собирают огромное количество информации о людях, их поведении и предпочтениях. Это может использоваться для улучшения сервисов, но также несёт угрозу для личной жизни, если данные попадут в руки злоумышленников.

Совместная работа роботов и людей — это ещё один важный аспект, который требует внимания. Роботы становятся всё более интегрированными в нашу повседневную жизнь: от роботов-ассистентов в домах до коботов на производственных линиях. Очень важно, чтобы взаимодействие между человеком и машиной было безопасным и комфортным.
Разработчики стремятся создать роботов, которые будут понимать человеческие эмоции и реагировать на них, что поможет сделать взаимодействие более естественным. Например, роботы в здравоохранении смогут оказывать поддержку пациентам не только физически, но и эмоционально, создавая ощущение заботы и внимания.
Однако возникает и обратная сторона — роботы никогда не заменят человеческого тепла и понимания. Здесь важно, чтобы технологии не вытеснили живое общение, а дополняли его, помогая людям справляться с задачами, но не замещая эмоциональную составляющую.

Робототехника открывает перед нами огромные возможности, но вместе с этим ставит множество вопросов, связанных с этикой и социальными изменениями. Как мы будем адаптироваться к новому миру, где роботы становятся неотъемлемой частью жизни, — во многом зависит от нас.

(05)

НЕ СТЕСНЯЙТЕСЬ

МЕСТО ДЛЯ ВОПРОСА

Проект создан в рамках реализации проекта «Создание роботизированных средств для расширения функциональных возможностей человека» программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030»