Исследовательская работа "Робот и человек: из прошлого в будущее".

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа № 29

Исследовательская работа:

Робот и человек: из прошлого в будущее.

Выполнил:

ученик 3 «Б» класса

МБОУ СОШ №29

Колесников Арсений

Руководитель проекта:

Дербилова Н. П.

тел. 51-19-06

Хабаровск 2018

Оглавление:

Введение - с. 3.

1. Теоретическая часть:

1.1. Изобретение роботов в прошлом человечества – с. 4.

1.2. Использование роботов человеком в современной жизни – с. 5-6.

1.3. Определение понятия «робот» - с. 6-7.

2. Практическая часть:

2.1. Построение модели и изучение принципа работы простейшей конструкции робота «автомобиля-беспилотника» - с. 8.

2.2.Опытная демонстрация работы изготовленной модели «автомобиля-беспилотника». Анализ полученных результатов - с. 8-9.

3. Заключение - с. 10.

4. Список литературы, интернет - ресурсы - с. 11.

5. Приложение 1. Детали для изготовления модели «автомобиля-беспилотника» - с. 12.

Приложение 2. Построение модели «автомобиля-беспилотника» - с. 12 – 14.

Приложение 3. «Автомобиль-беспилотник» в работе - с. 14 – 15.

Введение

Мое увлечение робототехникой определило направление данного исследования. На занятиях по робототехнике я учусь с помощью конструктора «LEGO», датчиков и различных механизмов моделировать роботов, а затем компьютерной программой приводить их в действие. Дальше мне стало интересно, что же такое – роботы? Я решил изучить информацию о роботах и ответить на интересующие меня вопросы: как роботы создавались, насколько они необходимы человеку сейчас и как пригодятся в будущем.

Цель исследования: Расширить свои знания по робототехнике и на основе изученной информации определить роль роботов в современном мире и в будущем человечества.

Объекты исследования: жизнь человека и роботы.

Предмет исследования: влияние роботов на жизнь человека.

Гипотеза исследования: роботы, принося огромную пользу человеку сейчас, будут необходимы и в будущем.

Задачи исследования:

1. Узнать, как появились роботы;

2. Проанализировать использование роботов человеком в современной жизни;

3. Дать определение понятию «робот»;

4. На занятии по робототехнике собрать модель «автомобиля-беспилотника» и с его помощью:

а) изучить принцип работы простейшего робота;

б) привести в действие «автомобиль-беспилотник» и с его помощью доказать пользу роботов для человека.

1. Теоретическая часть.

1.1. Изобретение роботов в прошлом человечества.

Слово «робот» было придумано чешским писателем Карелом Чапеком и впервые использовано в пьесе Чапека R. U. R. «Россумские универсальные роботы» в 1920 году. Действие пьесы разворачивается на фабрике, производящей «искусственных людей» — они и называются роботами.

Результатом создания «R.U.R.» стала популяризация термина «робот». На чешском языке слово robota означает «каторга», «тяжёлая работа», «барщина».

Со времен античности люди стали задумываться о создании механических людей, способных выполнять тяжелую и рутинную работу. В мифах есть упоминания о создании Гефестом механических рабов, выполняющих работу за человека.

Другие механизмы создавались из научного интереса. Известен, например, механический голубь греческого математика Архита из Тарентума, построенный им около 400 года н.э. Возможно, движущийся при помощи пара, голубь был способен летать.

Первый чертёж человекоподобного робота был сделан Леонардо да Винчи около 1495 года. Его записи были найдены только в 1950-х годах и содержали подробные чертежи рыцаря, способного двигать руками и головой.

В 1739 году изобретатель Жак де Вокансон создал роботов-уток. Эти утки состояли примерно из 400 деталей, и умели хлопать крыльями, пить воду, клевать зерна.

К концу XIX века инженер из России Пафнутий Чебышёв придумал механизм — стопоход, который обладал высокой проходимостью. Конечно, это изобретение не представляло огромной пользы для человечества, но сама задумка дала определенный толчок к развитию технологий роботостроения.

В 20-том веке для выставок стали конструировать роботов, которые уже были похожи на современных. В 1939 году в Америке был построен двухметровый робот «Электро». Внутри робота находился мотор и патефон, благодаря которым «Электро» мог поворачивать голову и издавать звуки, похожие на речь. Вместе с «Электро» был создан механический пёс «Спарко», который умел ходить, лаять и поворачивать голову по команде.

После изобретения в 1940 году компьютера, стали появляться электронные промышленные роботы. Первым роботом, освободившим человека от трудной и опасной работы, в 1962 году стал робот «Юнимейт». Он работал на автомобильном заводе «Дженерал моторс», его работа заключалась в передаче и перемещении горячих деталей после их изготовления.

1.2. Использование роботов человеком в современной жизни.

С развитием технического прогресса нашу жизнь заполонили роботы. Посмотрите вокруг: мы каждый день пользуемся сотовыми телефонами, компьютерами, ездим на машинах, в больших торговых центрах пользуемся эскалаторами, а в высотных домах – лифтами, чтобы подняться или опуститься с этажа на этаж. Действительно, всё больше и больше новых технологий придумывают люди, чтобы облегчить себе жизнь, и называют их роботами.

Возьмём простой пример, вычислительная робототехника. Уже не надо по 9-10 часов в день мучиться, пытаясь вычислить ту или иную задачу, приводя те или иные доводы, потея над бумагами, и в результате ноль. Теперь у нас есть роботы, которых нужно просто запрограммировать на решение задачи, задать им все переменные, и они вычислят ответ.  Если представить всё это упрощённо, то это сродни калькулятору – ты вводишь данные, и за тебя всё делают.

Большинство роботов не похожи на человека, однако способны выполнять многие «человеческие» работы намного лучше, чем мы с вами:

1. Роботы используются в опасной для человека профессии:

Например, роботы – сапёры. Эти маленькие чудеса техники, не раз спасали жизнь людей, выполняя нелёгкую задачу: найти и обезвредить взрывное устройство. Если человек может лишиться жизни, совершив маленькую ошибку, то робота можно потом пересобрать.

2. Роботы не знают усталости и могут эффективно работать хоть круглые сутки:

Например, автоматические линии на производстве. Линия розлива молока и молочной продукции в пластиковые бутылки круглосуточно обеспечивает нас готовой продукцией.

3. Роботы гораздо выносливее и сильнее человека, поэтому часто, там, где человек не может справиться, используют роботов:

В Австралии, к примеру, применение роботов-шахтёров не ново. Там робокары или роботы – грузовики, добывают руду на удалённых участках страны. Каждая из автономных машин Komatsu 930E имеет размеры двухэтажного дома и, при этом, на ее борту нет водителя.

4. Роботы обладают возможностями гораздо выше человеческих способностей:

В медицине применяется робот-хирург. Пока это 500-килограммовый послушный инструмент в руках врача. У него четыре руки – три скальпеля и одна видеокамера, которыми управляет человек-хирург с помощью джойстика. Операция проходит через проколы всего сантиметр шириной, высокоточно, аккуратно и с минимальными рисками для больного.

Существует два основных типа роботов: промышленные – те, которые трудятся на заводах и фабриках и обслуживающие – те, которые работают в домах, офисах, в парках и садах.

Роботы используются на заводах и промышленных предприятиях для выполнения однообразной и часто опасной работы. Больше всего промышленных роботов используется в автомобильной промышленности. Они могут покрасить кузов, приварить друг к другу детали и собрать детали автомобиля как конструктор. Например, робот - «рука» на автомобильном заводе осуществляет сварку деталей. «Скайуош» - огромный робот – рука длиной 33 метра моет самолеты всего за три часа. Самым сильным в мире промышленным роботом считается «Кука-титан», его могучая рука длиной 3,2 метра может поднять целую тонну груза.

Роботы пока еще не заменили полностью людей в промышленности, но использование труда человека в производстве сокращается. Полностью автоматизированные фабрики есть в Техасе, это, например, фабрика IВМ для сборки клавиатур. Люди там уже не нужны: абсолютно все производство, от момента выгрузки материалов и до получения готовой продукции у погрузочных ворот, полностью роботизировано и может работать круглосуточно и без выходных.

Обслуживающие роботы помогают людям в больницах, офисах, домах и садовых участках. В таких роботах встроены сенсоры, которые могут обнаружить любое препятствие, и помогают роботам свободно передвигаться, ни на что не натыкаясь. Например, домашний робот-уборщик «ИРТ» самостоятельно чистит и моет пол в комнате. Робот-помощник «Робови» не только может возить в магазине тележку с продуктами, но и подскажет какие из них надо купить. При этом с роботом можно даже посоветоваться. Домашний робот «ПаПеРо» следит за кондиционированием воздуха и отоплением в помещении, открывает окна, ориентируясь на погоду. Робот-повар «Мотомэн» получив голосовые указания от человека, готовит еду. Садовый робот «Слагбот» может отыскивать улиток, портящих растения. Он их собирает и уничтожает. Робот-секретарь «Вакамару» при помощи колесиков передвигается по офису и напоминает людям о запланированных встречах и переговорах.

1.3. Определение понятия «робот».

Мнение 1 (Большая советская энциклопедия):

Робот - машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.

Мнение 2 (Большая советская энциклопедия. Теория машин и механизмов):

Робот - машина-автомат, моделирующая свойства и функции живых организмов и, в частности, имитирующая действия человека при перемещении в пространстве орудий и объектов труда.

Мнение 3 (Глоссарий.ру. Cловарь по естественным наукам):

Робот - электронно-механическое устройство, способное к целесообразному поведению в условиях изменяющейся внешней обстановки, выполняющее рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.

Мнение 4 (Википедия):

Робот - электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство или их комбинация, предназначенное для замены человека в промышленности, опасных средах.

Мнение 5 ("Лаборатория независимых исследований" И. А. Мухина):

Робот изначально определялся как антропоморфный артефакт, функционирующий антропоморфно (то есть робот создан искусственно - человеком или роботом, похож на человека и выполняет действия, похожие на действия человека).

2. Практическая часть.

2.1. Построение модели и изучение принципа работы простейшей конструкции робота «автомобиля-беспилотника».

Одной из разновидностей роботов является беспилотный автомобиль. Это транспортное средство, оборудованное системой автоматического управления, которое может передвигаться без участия человека.

На занятии по робототехнике я изготовил модель такого автомобиля, которая состоит из

- 130 сборных элементов конструктора «LEGO»;

- USB-коммутатора,

- мотора;

- датчика расстояния.

Каждый из этих элементов можно запрограммировать на определенное действие в необходимой последовательности с помощью специальной программы WeDo. Пограмма собирается из следующих блоков:

- начало;

- движение автомобиля вперед;

- срабатывание датчика расстояния;

- движение автомобиля назад;

- срабатывание датчика расстояния;

- остановка автомобиля.

Программа передает команды от компьютера через USB-кабель USB-коммутатору. USB-коммутатор управляет мотором и датчиком расстояния. Мотор приводит в действие колеса автомобиля и автомобиль едет. Датчик обнаруживает объекты на расстоянии до 15 см от машины и передает сигнал USB-коммутатору. Далее USB-коммутатор передает команду мотору, и автомобиль начинает двигаться назад. Затем датчик повторно обнаруживает препятствие, и после команды USB-коммутатора автомобиль останавливается.

2.2. Опытная демонстрация работы изготовленной модели «автомобиля-беспилотника». Анализ полученных результатов.

Наглядно процесс работы «автомобиля-беспилотника» выглядит так.

Я нажимаю на кнопку «начало» в программе компьютера, и машина начинает ехать вперед. Затем ладонью своей руки создаю препятствие автомобилю, и он начинает двигаться назад. Я снова ставлю ладонь руки перед автомобилем уже при движении назад, и теперь автомобиль останавливается.

Испытывая в работе модель, я увидел, что «автомобиль-беспилотник» самостоятельно и безопасно передвигается. Водитель в машине отсутствует, но при этом автомобиль может сам оперативно и адекватно реагировать на различные препятствия на своем пути.

Я убедился в слаженной и безотказной работе собранного мною автомобиля. Машина своевременно реагировала на препятствия в виде моей руки: сразу их обнаруживала и тут же останавливалась.

Конечно, настоящий «автомобиль-беспилотник» устроен намного сложнее. Но даже на примере моей простой модели видно, что робот четко выполняет задачи, которые запрограммировал ему человек.

Основная польза «автомобиля-беспилотника» - отсутствие человеческого фактора при передвижении по дорогам. В подавляющем большинстве случаев виноватым в ДТП является именно водитель, а не его машина — отвлекся, не сбросил скорость, не справился с заносом и так далее. Беспилотные автомобили не способы попасть в аварию по вине водителя, так как их поведением на дороге управляет система датчиков, сенсоров, камер и умной электроники.

Факты подтверждают мою гипотезу исследования. Самоуправляемые машины компании Google проехали более двух миллионов миль или 3,2 миллиона км, что намного больше, чем средний водитель-человек проезжает в течение жизни. Пока на их счету только одна авария, виновником которой оказался компьютер.

По данным недавнего исследования, опубликованного в «The wall street journal» (одно из крупнейших и влиятельнейших американских изданий - деловая газета), широкое распространение беспилотных автомобилей может сократить количество дорожных аварий на 90%. Это должно спасти тысячи людей.

3. Заключение.

Изученные материалы о роботах прошлого и настоящего, а также наблюдение за работой простейшей модели «автомобиля-беспилотника» позволили сделать следующий вывод по результатам моей работы - роботы приносят большую пользу человечеству сейчас и будут приносить дальше в будущем. Роботы могут выполнять любую работу вместо человека и нужны для того, чтобы помогать людям.

Современная робототехника развивается ежедневно, ежечасно и не перестаёт удивлять. Примеры новейших машин, которые особенно привлекли мое внимание.

Первый «эмоциональный» робот Pepper придуман японцами специально для социального взаимодействия с людьми, которым крайне не хватает общения — лежачих больных, детей-аутистов и просто одиноких. Для этого в его голову вмонтированы сразу две камеры (во рту и на лбу), а в глаза — сенсоры расстояния. Это позволяет роботу распознавать эмоции находящегося рядом человека и взаимодействовать с ним. Например, если человек плачет, он пытается его утешить, а если скучает — то развеселить.

Японский робот Robear предназначен как для ухода за пожилыми людьми, так и для помощи тяжелобольным пациентам, и уже скоро он может появиться в японских клиниках.

Две американские компании объединились для разработки первого в мире беспилотного самолета, предназначенного для тушения пожаров и выполнения в воздухе операций дозаправки. Суть проекта – сделать устройство полностью автономным, чтобы не подвергать опасности людей-пилотов.

Китайская компания представила на выставке инновационное устройство – умный чемодан на колесах, который будет автономно передвигаться за своим хозяином, используя для этого технологию гироскутера, датчики и интеллектуальные вычислительные модули.

Медицинский экзоскелет, разработанный в России в 2014 году.  Он возвращает функции ходьбы людям, которые уже не могут самостотельно передвигаться из-за перенесенных травм или различных заболеваний спинного мозга.

С одной стороны, роботы в наше время очень полезная штука - именно благодаря им человек облегчает себе жизнь. Мы так привыкли к роботам, что порой просто не придаём им никакого значения.

Однако стоить помнить, что роботы никогда не заменят людей. Они не живые, а созданные нами устройства. Конечно, человечество будет и дальше пользоваться робототехникой. Но при этом нужно понимать, что роботы – это ничто, по сравнению с человеческим гением. А что будет завтра с роботами и с людьми, увидим уже очень скоро…

4 Список литературы, интернет-ресурсов:

1. А. Шейн «Машиностроение и робототехника». Г. Барнаул, 2017 г.

2. Робо-Ревю: http://roboreview.ru/nauka-o-robotah/chto-takoe-robot.html.

3. Академик: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/6645.

4. Технология: http://www.texnologia.ru/robots/1-chto-takoe-robot.html.

5. Новости высоких технологий: https://hi-news.ru/robots/10-robotov-o-kotoryx-vy-dolzhny-znat.html.

6. Применение роботов в современном мире: https://robo-sapiens.ru/stati/primenenie-robotov-v-sovremennom-mire/.

5. Приложения.

Приложение 1

Детали для изготовления модели «автомобиля-беспилотника».

Датчик расстояния Коммутатор

Мотор Пример деталей

Приложение 2

Построение модели «автомобиля-беспилотника».

Начало сборки

1 этап

2 этап

3 этап

Приложение 3.

«Автомобиль-беспилотник» в работе.

Программа

Запуск

Остановка

15