Текст книги "Роботы. Детская энциклопедия"

Ольга Жаховская
Роботы. Детская энциклопедия

Автор текстов заданий Надежда Конча

Научный консультант Валерий Карпов

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

© ИП Томисонец Д. А., 2021

© Издание на русском языке, оформление. ООО «Манн, Иванов и Фербер», 2021

* * *

Давайте знакомиться!

Здравствуйте, ребята! Меня зовут Чевостик. Я живу на книжной полке в библиотеке у дяди Кузи. Не удивляйтесь: я небольшого роста, а нижняя полка в книжном шкафу дяди Кузи очень высокая и просторная, поэтому мне на ней хорошо и удобно. Какой я? Похож на обыкновенного мальчишку, волосы рыжие, характер весёлый. Дядя Кузя в шутку зовёт меня Чевочкой с хвостиком. Но никакого хвоста у меня нет, зато есть ушки на макушке. Больше всего на свете я люблю узнавать новое, поэтому всё время задаю всякие вопросы дяде Кузе. О чём бы я ни спросил, он всё знает и мне рассказывает. Это потому, что дядя Кузя очень умный. Он прочитал много-много разных книг. А ещё мы с ним любим путешествовать! С собой мы берём разные устройства. Например, у меня в рюкзачке всегда лежат быстролики. Они похожи на обычные роликовые коньки, и с их помощью можно легко и быстро преодолевать небольшие расстояния. Если же надо перемещаться во времени и на очень большие расстояния, нам помогает времяскок. Это такой прибор, его дядя Кузя изобрёл. Набираешь на времяскоке место и время, куда хочешь попасть, раз, два – и уже там! Сегодня мы наверняка тоже куда-нибудь отправимся!

Путешествие начинается!

– Чевостик!

– Чего?

– Чевочка с хвостиком. Привет! Чем занимаешься?

– Играю со своим роботом. Смотри, он умеет двигаться и поднимать руки! А разноцветные лампочки при этом как мигают! Сейчас он у меня строит дом.

– Вот как! Значит, робот строит дом?

– Ну да! Понарошку, конечно же! Дядя Кузя, а почему роботов так назвали? Из-за того, что они работают?

– Угадал! Слово «робота», с ударением на первый слог, по-чешски означает «принудительный труд». Около ста лет тому назад знаменитый чешский писатель Карел Чапек написал пьесу, в которой были искусственные люди. Вот им-то он и придумал название «роботы».

– Выходит, если бы не Чапек, у нас не было бы роботов?

– Ну, это вряд ли. Просто Чапек придумал им удачное название, которое вошло в языки всего мира. Но люди мечтали об искусственных помощниках задолго до появления названия. Вот, например, каким по-твоему должен быть робот?

– Главное, чтобы он мог работать сам, без меня.

– То есть он должен выполнять задачу самостоятельно, без твоей помощи, и при этом замечать всё, что происходит вокруг. В технике это свойство называется автономностью, и твой робот будет автономным.

Автономный робот сам, без участия человека, определяет, как действовать.

– Я первый раз слышу такое слово!

– Что ещё ты хотел бы от робота?

– Чтобы он мог делать всё, что я захочу или что мне понадобится.

– Это значит, что твой робот должен быть универсальным.

Универсальный робот способен выполнять разные задачи.

– А ещё мне было бы привычнее и легче с роботом, если бы он был похож на человека: ходил на двух ногах, понимал мои команды и отвечал как человек.

– Таких роботов, Чевостик, называют антропоморфными…

Антропоморфный робот похож на человека.

– Дядя Кузя, почему ты замолчал?

– Думаю над тем, что ты сказал. Твой идеальный робот должен обладать тремя качествами: быть автономным, универсальным и антропоморфным. Создать такого робота нелегко, надо использовать самые современные достижения из разных областей науки и техники.

– А какие? Расскажи!

– Например, чтобы научить робота двигаться, надо знать механику, которая изучает движение и силы, вызывающие движение. Ещё понадобится знание электротехники, пневматики и гидравлики.

– Знаю, электротехника занимается электрическими приборами, а гидравлика чем, водой?

– Не только. Гидравлика – это наука о жидкостях вообще, в том числе и об их движении. Пневматика занимается воздухом и газами. Чевостик, а ты о чём задумался?

– Уже целых четыре науки! И это только чтобы робот двигался. А сколько же надо узнать, чтобы сделать его целиком и полностью таким, как я хочу? Да, создать робота очень трудно. А когда были сделаны самые первые роботы и какими они были?

– Первые упоминания о попытках создать подобные механизмы появились очень давно. Предшественниками роботов можно считать игрушки. Чертёж одной из них – механического рыцаря, который мог двигать руками и ногами и поднимать забрало шлема, – нашли в бумагах Леонардо да Винчи. Неизвестно, построил ли знаменитый изобретатель такого рыцаря или он остался только на чертеже. А вот более поздние заводные механизмы в виде фигурок людей и животных сохранились. Искусные мастера изготовляли такие механизмы в XVII и XVIII веках. Тогда их называли автоматонами.

.

Устройство, которое может выполнять действия без участия человека.

– От слова «автомат»?

– Верно. По сути, это одно и то же слово, различаются только окончания. Один из таких старинных автоматонов находится в Санкт-Петербурге, в музее Эрмитаж. Он до сих пор работает.

– Что, правда? А можно на него посмотреть?

– Конечно. Но для этого надо отправиться в Санкт-Петербург, в музей Эрмитаж. Сейчас я настрою времяскок… Порядок!

Задание

Давай придумаем название для твоего супер-мега-робота. Оно будет состоять из трёх частей. Выбери из первой колонки начало, из второй – середину, а из третьей – конец. Соедини части слов.

АВТО

МОТО

ГИДРО

ПАРО

ЗОО

АНТРОПО

КОСМО

ЛУНО

РУКО

КРЫЛО

ЛЕСО

ЗЕМЛЕ

ВОЗ

ХОД

СКОК

ЛЁТ

РОЙ

ПЛАВ

Как называется твой робот? А теперь придумай, чем он занимается и как выглядит. Хотелось бы тебе иметь такого?

Автоматоны. Механические игрушки

– Где это мы? Комната такая большая, с громадными окнами, с высоким разрисованным потолком. А где же автоматон? Что это за ящики расставлены по всей комнате? О, один уже открыт, надо заглянуть.

– Чевостик! Ты что делаешь?

– Ищу автоматон… Его тут нет! В ящике только сено! Может, поискать под ним? Ой! Кто-то идёт. Какой-то бородатый человек в длинном пиджаке.

– Скорее в кафтане: так на Руси одевались в старину. Погоди, его лицо мне знакомо! Я видел его на старинном портрете. Да это же Иван Петрович Кулибин, замечательный русский механик-изобретатель. Мы с тобой случайно попали в прошлое, в Потёмкинский дворец. Именно сюда в 1791 году привезли автоматон, который мы хотим посмотреть.

– Дядя Кузя, Кулибин достаёт из ящиков какие-то золотые пластинки, пружинки, винтики. Интересно, зачем они?

– Кажется, я знаю. Это детали автоматона – удивительных часов «Павлин», которые создал знаменитый английский мастер Джеймс Кокс. Часы ещё не собраны, их доставили в Петербург в разобранном виде. Кулибин к этому времени уже прославился как искусный механик, и ему поручили собирать «Павлина».

– И у Кулибина получилось?

– Конечно. Но потрудиться пришлось немало. Некоторые детали были повреждены во время перевозки, а кое-каких частей не хватило, так что Ивану Петровичу пришлось сделать их на месте.

– Дядя Кузя, Кулибин достал из ящика петуха, он совсем как настоящий, только золотой. И это тоже деталь от часов, как и пружинки? Прямо не терпится узнать, что получится, когда их все соберут!

– Тогда давай вернёмся в наше время, потому что у Кулибина ушло несколько лет на то, чтобы собрать и наладить часы.

– Здорово! Раз – и мы с тобой уже в зале Эрмитажа.

– Только теперь часы собраны.

– Вот это?! Если бы ты не подсказал, я бы ни за что не догадался, что это такое. Ведь эти часы совсем не похожи на современные. Они сделаны в виде большой золотой лужайки, посреди которой стоит дерево, на его ветке сидит павлин, рядом петух, а ещё сова в клетке с колокольчиками, – и все фигуры размером с настоящих птиц. Дядя Кузя! Клетка начала вращаться, а сова – поворачивать голову из стороны в сторону. Как она это делает?

ЦИФЕРБЛАТ ЧАСОВ СПРЯТАН ПОД ШЛЯПКОЙ ГРИБА У ПОДНОЖИЯ ДУБА. РИМСКИЕ И АРАБСКИЕ ЦИФРЫ ПОКАЗЫВАЮТ ЧАСЫ И МИНУТЫ, А СИДЯЩАЯ НА ГРИБЕ СТРЕКОЗА СЛУЖИТ СЕКУНДНОЙ СТРЕЛКОЙ.

– Благодаря скрытому механизму. В этом автоматоне целых четыре механизма, по числу фигур, а на лужайке, около грибка с цифрами, есть ключики. С их помощью механизмы заводят, и они по очереди включаются, приводя птиц в движение.

– Точно, вот павлин важно раскрыл хвост и повернулся, и всё это под звон колокольчиков. Теперь зашевелился золотой петух… поднял голову… и запел! Совсем как настоящий. Дядя Кузя, а сейчас делают роботов, похожих на животных или птиц?

– Делают. Но, конечно, совсем не таких, потому что мода на золотых павлинов давно прошла. Современные зооморфные роботы…

– Какие-какие?

– Зооморфные – такие, которые сделаны в виде животных. Сейчас мы прогуляемся по парку рядом с лабораторией компании Boston Dynamics, и ты узнаешь, какие они, эти роботы. Включаю времяскок.

Зооморфные и антропоморфные. Роботы, похожие на животных и людей

– Красота! Мы уже в зимнем парке. Деревья стоят без листьев, земля укрыта снегом, а на дорожке блестят замёрзшие лужицы. Откуда-то доносится громкое жужжание. Из-за деревьев показалась большая собака. Она бежит с горки по снегу в нашу сторону, и звук приближается вместе с ней. Она уже совсем близко. Да это же вовсе не собака… Это что, робот?!

– Надо же, догадался! А я в первый раз сначала и не понял, кто это.

– Я решил, что это настоящий пёс, потому что он бежал, как живой, по глубокому снегу и ни разу не наткнулся на дерево, куст или ветку. С близкого расстояния я бы сразу сообразил, что это робот: у него голова не собачья, и он железный.

– Скорее, стальной или из другого металла, лёгкого, но прочного, например титана.

– Вблизи видно, что это робот, потому что у него ноги и туловище сделаны из трубок. Наверное, и внутри ещё много всяких деталей. Дядя Кузя, а что у робота висит по бокам? Похоже на сумки.

– Да это они и есть. Собак-роботов создавали для переноски грузов по любой местности.

– Ой, дядя Кузя, робот поскользнулся на льду, упал на роботоколенки, но встал и побежал дальше. Вот здорово! Совсем как живой!

– Смотри, Чевостик, как эта кроха его облаяла! Похоже, настоящей собаке сразу понятно, что это робот.

– Ну, робот на неё никакого внимания не обратил: пробежал мимо и скрылся. Интересно, куда это он направился?

– Возможно, в лабораторию на урок танцев.

– Танцев? Разве такие уроки для роботов бывают?

– Ещё как бывают! Надевай быстролики, так мы его скорее догоним, и ты сам всё увидишь.

– Вжих – и мы уже в просторном светлом зале. Играет красивая музыка. А где же наш робот?

– Да вот же он!

– Он и в самом деле танцует… И не один! С ним ещё два робота: один на колёсиках, а другой – совсем как человек, на двух ногах. Они так дружно двигаются под музыку, как настоящие танцоры!

– Готовятся к новогоднему выступлению.

– Правда?! Вот это да! Их танец станет лучшим подарком для любителей роботов. Красивый танец! Пожалуй, мне больше всего нравится антропоморфный робот.

– Молодец, что запомнил. А знаешь, у похожих на человека роботов есть ещё одно название – андроиды.

– Я такое слово уже слышал, и что оно означает?

– Это слово произошло от двух греческих слов: «анир», что означает «человек, мужчина», и «оид», то есть «подобие».

– Получается «подобный человеку».

– Верно, но есть и другая, менее распространённая, но очень интересная версия.

– Какая? Дядя Кузя, расскажи!

– Некоторые полагают, что такое название роботы получили в честь Анри Дро, швейцарского изобретателя, жившего в конце XVIII столетия.

– Дядя Кузя, а я уже понял, как получился «андроид»: сложили имя Анри и фамилию Дро и прибавили «ид». Но почему роботов назвали в честь этого Дро? Чем он занимался?

– Анри Дро и его отец Пьер Жаке-Дро, который был очень известным мастером-часовщиком, создавали автоматоны в виде людей. Признание и славу отец и сын получили, демонстрируя свои работы при королевских дворах всей Европы.

– А каких автоматонов они показывали королям?

– Самых лучших: «Музыкантшу», «Рисовальщика» и «Мальчика-каллиграфа».

– Я помню, каллиграф – это тот, кто красиво пишет.

– Правильно. В наше время «Мальчика-каллиграфа» и два других автоматона бережно хранят в Музее искусства и истории швейцарского города Невшатель.

– Вот бы на них посмотреть!

– С времяскоком – нет ничего проще.

– Мгновение – и мы в зале, где вдоль стены расположились все три автоматона. С виду это обыкновенные куклы, одетые по старинной моде. В центре за музыкальным инструментом сидит девушка. За деревянными столами по бокам от неё – два кудрявых босоногих мальчика лет пяти.

– Дядя Кузя, куклы-мальчишки с виду одинаковые.

– Они действительно похожи, но только внешне. «Каллиграф» – самый сложный из этих автоматонов. Его механизм состоит из шести тысяч деталей. Самое замечательное, что все три автоматона работают, хотя «Каллиграфу», например, почти двести пятьдесят лет.

– Ого, какой старенький этот мальчишка. Дядя Кузя, а как автоматоны работают?

– Их приводит в действие часовой механизм с заводной пружиной.

– Обычный часовой механизм?

– Да. И вовсе ничего удивительного в этом нет. Дро жили в городке, где все жители занимались изготовлением часов. Вот и Пьер Жаке-Дро был часовщиком. Он хорошо знал, как заставить пружинки двигать часовые стрелки, и сумел применить свои знания и опыт, создавая автоматоны. Чевостик, что ты там ищешь?

– Механизм. Где он спрятан?

– Внутри куклы. Смотри, служащий музея. Он пришёл, чтобы завести «Каллиграфа».

– Он вставил в механизм ключ, похожий на заводную рукоятку, несколько раз его повернул, и автоматон зашевелился! Мальчик подвинул лист бумаги, обмакнул перо в чернильницу и принялся выводить слова. Удивительно, он не посадил ни одной кляксы! Вот мальчик немного подумал и отодвинул лист в сторону. Дядя Кузя, он двигался совсем как человек!

– Теперь ты понимаешь, почему публика была в восторге? В конце представления Дро всегда показывали зрителям скрытый механизм, и эта традиция сохранилась.

– Точно. Служащий тоже показывает зрителям, что там у мальчика-каллиграфа спрятано в спине. Как сложно! Колёсики, рычажки…

– А ещё особые устройства – диски некруглой формы – кулачки, насаженные на вращающийся вал. Они-то и заставляют автоматон двигаться. Эти механизмы в дальнейшем назовут программными.

– Дядя Кузя, ты уже второй раз употребил это слово, а я его не понимаю. Объясни, что значит «программный»?

– Оно произошло от французского слова «программа», которое означает «распоряжение». А во французский язык слово попало из греческого. Оно сложилось из слов «грамма», то есть «написание», и приставки «про-», означающей «наперёд».

– Получается, программа – это задание, написанное наперёд, заранее?

– Можно сказать и так. Программный механизм задаёт последовательность будущих действий. Появление таких механизмов стало важным шагом на пути развития автоматов.

– Странно, ведь с помощью этих механизмов делали только игрушки, хоть и удивительные.

– Это было только начало. Давай-ка прыгнем на несколько десятилетий вперёд во Францию. Внимание, времяскок.

Задание

Проведём эксперимент. Ты – робот, и тебе надо построить дом из кубиков. Твоего завода хватает ровно на две минуты. Если тебя не заводить ключиком, ты не сможешь шевелиться. Попроси маму поставить таймер и заводить тебя каждые две минуты. Сколько раз тебя придётся завести, пока ты достроишь дом? Попробуй построить такой домик ещё раз. Ну что, в этот раз получилось быстрее? Это потому, что, в отличие от автоматонов, ты можешь самообучаться!

Промышленные автоматы. Техника приходит на помощь человеку

– Французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар изобрёл программный механизм для производства тканей с разными узорами.

– Он применил всё те же кулачки?

– Нет, Чевостик. У Жаккара программа задавалась с помощью специальных карточек с отверстиями, расположенными в зависимости от узора, который нужно было получить. Такие карточки называют перфорированными (от латинского слова perforo – «пробиваю»), если кратко – перфокартами. Что особенно ценно, наборы карт для разных узоров было легко менять. Благодаря этим картам станок сам ткал материи со сложными узорами.

Карты из тонкого картона, на которых информация представлена в виде отверстий в определённых местах и отсутствия таких отверстий в остальных местах.

– Погоди, дядя Кузя, почему ты заговорил про станок? Разве станок, даже автоматический, можно назвать роботом? Он совсем не похож на робота, какого мне хочется.

– Конечно. Но появление автоматического станка приблизило нас к созданию роботов, поскольку с него, по сути, началось развитие автоматики. Автоматы становились более совершенными и со временем научились выполнять работу, которую раньше людям приходилось делать вручную.

– Они и внешне были похожи на людей?

– Нет, Чевостик, в технике внешнее сходство с человеком – не главное, и роботом здесь считается автономный программируемый механизм, который может перемещаться или делать запрограммированные движения и выполнять назначенную ему задачу.

– Получается, что роботы – это самые разные с виду машины. А я-то думал, что роботы бывают только антропоморфные или зооморфные!

– Это очень интересные роботы, но такие нужны не всегда и не везде. Как правило, конструкция робота зависит от задачи, которую он должен выполнять. В наше время в технике роботов принято делить на два вида: промышленные и обслуживающие.

– А какие они?

– Сейчас узнаем. Давай сначала познакомимся с промышленными роботами. Для этого мы отправимся в Нижний Новгород на автомобильный завод. Приготовься, включаю времяскок!

– Ого, мы оказались в длинном-предлинном, хорошо освещённом помещении, через которое тянутся рельсы. Людей нигде не видно. По рельсам на специальных платформах едут не автомобили, а пустые кузовы без дверей, фар, сидений и руля. С потолка свешивается множество проводов, тросов и трубок, а вдоль рельсов стоят высокие машины с длинными палками-руками. Машины поворачиваются, сгибают и разгибают руки. Что это за штуки такие?

– Это и есть промышленные роботы.

– Вот это? А где у них ноги?

– Не каждому роботу они нужны, Чевостик. Конечно, есть роботы мобильные.

– Это которые передвигаются?

– Да. Они могут шагать, ездить на колёсах, на гусеницах или по рельсам. Но есть и другие роботы, которые стоят на одном месте, потому что у них иная работа.

– Сидячая? Или нет, стоячая! Интересно, какую работу они выполняют, стоя на месте, и зачем этим роботам руки, да ещё со штырями. Вот к роботу подъехал кузов и остановился. Рука тут же повернулась, прикоснулась штырём к кузову, и оттуда посыпались искры. Что он делает?

– Скрепляет детали кузова будущего автомобиля при помощи электросварки. Это робот-сварщик. Таких роботов используют там, где много однообразной и утомительной для человека работы.

– Кажется, я знаю, почему такую работу передали роботу: человек заскучает, задумается и может ошибиться, а робот – нет, он не скучает и не устаёт.

– Совершенно верно.

– Смотри, робот закончил сварку, сейчас будет вынимать руку из кузова. Ой-ой-ой! Надо отойти подальше!

– Не волнуйся, он никого не заденет!

– Откуда ты знаешь?

– У современных роботов есть особые датчики, которые определяют препятствия и замеряют расстояние до них. Эта информация отправляется в компьютерное устройство, а оно быстро рассчитывает направление движения так, чтобы робот ни с чем не столкнулся, и отдаёт ему нужную команду.

– Дядя Кузя, как же современный робот отличается от автоматонов Дро! Мальчик-писец умеет только писать, а нынешние роботы не только много могут – они ещё и действуют в зависимости от ситуации! О, кузов поехал дальше. Интересно куда?

– На покраску. Эта работа вредна для человека, поэтому конструкторы научили роботов красить машины. Роботы вообще взяли на себя много работы опасной или такой, которую человек не может выполнить. Например, они заменяют людей на больших глубинах под водой, где добывают полезные ископаемые. Да они выполняют самую разную работу. Их даже в космос посылают.

– В космос?! А там они что делают?

– Предлагаю слетать на Луну вслед за автоматической станцией «Луна-16» и посмотреть.

– На Луну! У нас будут космические приключения! Супер! Ключ на старт, дядя Кузя!

Задание

Теперь ты – робот на заводе. Сядь за стол, возьми в одну руку фонарик, в другую – кисточку. Пусть мама быстро ставит перед тобой игрушки одну за другой, объявляя при этом: «Ремонт!», или «Покраска!», или «Готово!». Если игрушку надо ремонтировать, мигни три раза фонариком. Если красить, работай кисточкой. Если она готова, смахни её со стола. Получается? Были ошибки? А роботы не ошибаются! Вот поэтому их и устанавливают на заводах.