7.5.4 Прототипы биоподобных и антропоморфных робототехнических устройств, самообучающихся роботов, систем группового управления роботами Введение Учебный сайт
Учебные материалы


7.5.4 Прототипы биоподобных и антропоморфных робототехнических устройств, самообучающихся роботов, систем группового управления роботами



7.5.4 Прототипы биоподобных и антропоморфных робототехнических устройств, самообучающихся роботов, систем группового управления роботами


Введение


Основным направлением современной робототехники является обеспечение все более полного удовлетворения потребностей общества. В основе развития робототехники лежит создание новых, более совершенных интеллектуальных систем управления робототехническими и мехатронными устройствами, а развитие, в частности, таких направлений робототехники, как создание биоподобных [333, 334] и антропоморфных [335], [336] робототехнических устройств, самообучающихся роботов и систем группового управления роботами, направлены на уменьшение функциональной пропасти между искусственными и живыми системами.
Общими трендами, которые выделяются в процессе анализа отрасли, являются:

  • Создание роботов, направленных на обеспечение безопасности человека.

  • Развитие интеллектуальных систем управления робототехническими и мехатронными системами.

  • Развитие новых человеко-машинных интерфейсов, направленных на более простое взаимодействия робототехнических устройств и человека.

  • Создание искусственного интеллекта.

  • Повышение качества жизни людей с ограниченными возможностями и с ограничениями в их деятельности с использованием робототехнических систем (например, с использованием экзоскелетов).

  • Развитие систем группового управления роботами (мультиагентные системы).

Биоподобные и антропоморфные робототехнические устройства, самообучающиеся роботы и т.д. являются важным инструментом удовлетворения потребностей массового потребителя (населения), применяются в медицине, военной сфере, управлении сложными техническими системами и различных сферах народного хозяйства.
Современные тенденции требуют повышения производительности роботов, упрощение их эксплуатации и создание новых приложений применения роботов.

Текущее состояние технологии (2012-2013 гг.)


Последнее время в сфере робототехники существенно смещается акцент от мобильных роботов в сторону создания и применения разнообразных робототехнических устройств с биоподобной и антропоморфной структурой, а также к мультиагентным робототехническим системам и самообучающимся роботам. Среди таких робототехнических систем можно выделить:

  • Экзоскелеты - устройства, предназначенные для увеличения мускульной силы человека за счёт внешнего каркаса. Экзоскелет повторяет биомеханику человека для пропорционального увеличения усилий при движениях и используется для реабилитации инвалидов и социальной адаптации пожилых людей, а также уменьшения времени восстановления функциональных способностей организма человека после травм. Так, по прогнозам ABI Research [337], к 2020 году ожидается рост годовых доходов в данной сфере с 29 млн. долларов до более 877 млн. долларов, при этом ежегодные темпы роста будут составлять почти 41%.

  • Малые беспилотные летательные аппараты (БПЛА), как часть мультиагентной системы. БПЛА в системах группового управления роботами могут использоваться в военных целях, для экологического мониторинга, картографии и т.д. Так, например, по результатам исследования Teal Group [338] в ближайшее десятилетие рынок БПЛА вырастет более чем вдвое – с 5.2 млрд. долларов до 11.6 млрд. долларов.

  • Медицинские роботы. Уже на сегодняшний день роботы активно используются в медицине [339]. В дальнейшем ожидается стремительное расширение функциональных возможностей медицинских роботов, как при оперировании, так и при проведении диагностики и реабилитации [340], [341].

  • Шагающие роботы. Прямохождение является одним из наиболее сложно воспроизводимых операций для современных человекоподобных роботов. Наиболее продвинулась в данной области компания Boston Dynamics с роботом Petman [335], однако задача создания робота, способного двигаться так же, как человек, особенно при наличии внешних возмущений пока еще остается нерешенной.

  • Промышленные роботы, позволяющие полностью автоматизировать производство.

Данные роботы имеют большой спрос, но, несмотря на это, в России серийное производство подобных устройств отсутствует, а в перспективе планируется выпуск лишь образцов, предназначенных для военных целей.
Растущие потребности ставят перед робототехникой три основные задачи — дальнейшее повышение производительности роботов, упрощение их эксплуатации и внедрение в новые сферах применения. Решение этих задач связано главным образом со значительным увеличением степени интеллектуальности роботов, а именно с созданием интеллектуальных систем управления, в том числе искусственного интеллекта (искусственных нервных систем роботов), способного к самообучению. Можно ожидать, что именно в этом направлении будет развиваться робототехника.

Тенденции развития на краткосрочную перспективу (2014-2020 гг.)


На сегодняшний день существует множество прогнозов развития робототехники к краткосрочной перспективе. Далее приведены наиболее вероятные и часто повторяющиеся прогнозы развития робототехники.

  • В ближайшей перспективе, ожидается, что роботы будут выполнять все больше и больше операций на производстве. Это может привести к тому, что уже к 2020 году появятся почти полностью автоматизированные фабрики и заводы, где все работы будут выполняться роботами. Также роботы могут ассистировать или полностью заменить людей в таких физически простых делах, как, например, работа библиотекаря т.д.

  • К 2015 году ожидается активное использование роботов в сельском хозяйстве.

  • К 2015 году ожидается распространение специализированных роботов, предназначенных для помощи людям при физической нагрузке и снижению напряжения на мышцах. К таким роботам можно отнести укзанные выше экзоскелеты. Будут создаваться и использоваться новые человеко-машинные интерфейсы, позволяющие управлять робототехническими устройствами посредством силы мысли или жестов [342], [343].

  • Автономные автомобили также можно в некоторой степени считать роботами. Вначале будут автоматизированы лишь некоторые операции: автоматическая парковка, обеспечение безопасности и т.д. [345], а затем ожидается появление полностью автономных автомобилей [346]. Причем в данной области особое внимание стоит уделить способности самообучаться и адаптации к обстановке на дорогах. По результатам опроса, проведенного на портале Интернет-ресурса CarInsurance.com, 90% опрошенных положительно относятся к появлению автономных автомобилей [347].

Таким образом, выделим основные аспекты развития робототехнических устройств в краткосрочной перспективе.

  • Совершенствование систем управления роботами.

  • Автономность и интеллектуализация робототехнических систем.

  • Развитие новых сфер применения робототехнических систем.

Дополнительным драйвером развития робототехники является развитие технологий распределенных вычислений и супер ЭВМ, а разработки в области создания адаптивных и робастных систем управления робототехническими устройствами, а также систем управления неполноприводными системами позволят заложить основы для дальнейшего развития робототехники в целом [347, 348].

Тенденции развития на долгосрочную перспективу (2020-2030 гг.)


Робототехнику будущего можно представить себе как гармоничное сочетание универсальных программных средств, интеллектуальных систем управления, совершенствующихся механических узлов и внедрения новых технологий очувствления роботов, обеспечивающих все более полное удовлетворение потребностей общества. Однако прогнозировать развитие роботов и искусственного интеллекта на длительный период с достаточной точностью пока не представляется возможным. Можно лишь выделить основные тенденции развития робототехнических устройств.

  • Медицинские роботы. К 2030 году существенная часть операций будет выполняться роботами, также ожидается появление первых микророботов, способных вести наблюдения за здоровьем человека внутри его тела.

  • Самовоспроизводство и модульность. Исходя из высоких темпов развития, уже к 2020-2030 годам ожидается появление первых роботов, способных к самовоспроизведению. Первоначально они будут представлять себя, как небольшие настольные фабрики. Уже на сегодняшний момент существуют подобные проекты, например, 3-D принтер, воспроизводящий основные детали для своей уменьшенной копии, однако о полной автоматизации такого процесса говорить еще рано.

  • Микро- и нанороботы. Постепенно размеры роботов становятся все меньше и меньше. К 2020-2030 появятся и будут активно использоваться микророботы, размером в сантиметры и миллиметры. Они будут использоваться в медицине, военном деле, в сельском хозяйстве (как умные сенсоры) и во многих других областях. Это может привести к созданию первых нанороботов (наноботов).

Выполняемые Российской академией наук программы исследований и полученные научные и прикладные результаты в области систем управления робототехническими устройствами, методов математического моделирования и др. способны оказать влияние на развитие направления в отдаленной перспективе.

Выводы


Как и для всех других промышленных товаров, основное развитие роботов регулируется пользовательским спросом. Тем не менее, роботы являются уникальными, благодаря своей универсальности, а разработанная технология может быть применима к большому спектру требований от различных концепций автоматизации и различных приложений. В то же время, существует необходимость улучшения гибкости использования роботов и их надежности, улучшения условия труда, снижения стоимости жизненного цикла, системной интеграции, упрощения программирования и обслуживания, увеличения производительности. Одновременно с требованиями клиентов и приложений, на развитие области влияет технологический рывок, позволяющий внедрять новейшие информационные технологии. Таким образом, разработка аппаратного и программного обеспечения имеет большое влияние на развитие систем управления роботом, также предпринимаются попытки использовать технологии из области телекоммуникаций.
Развитие роботов наверняка не достигло своих пределов, и есть еще много задач, которые предстоит решить – прежде всего, необходимо преодолеть разрыв между академическими исследованиями и промышленным развитием, активизировать научные исследования в направлениях, которые нацелены на создание новых приложений и новых гибких концепций автоматизаций.
1 ... 21 22 23 24 25 26 27 28 ... 51
Карта сайта

Последнее изменение этой страницы: 2018-09-09;



2010-05-02 19:40
referat 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная