Зарождение современных компьютерных роботов

МГАПИ

















Реферат



по теме



«Зарождение современных компьютерных роботов.»

















Курс: 1

Группа: ТИ-7 (Б)

Студент: Бобров С.В.









Москва 2001.


В 60-х годах 19-ого века американский ученый-логик Чарльз Сандерс Пирс начал читать лекции о работах Джорджа Буля, основателя Булевой алгебры (алгебры логики). Буль соеденил математику и логику и изложил это достаточно убедительно. Пирс радикально изменил и расширил Булеву алгебру.

В 80-х годах прошлого века Пирс понял, что ее можно использовать в качестве модели электрической сети с переключателями. С помощю значения «истина/ложь» в Булевой алгебре можно было точно отобразить, как ток протекает через комплекс переключателей. Другими словами, логика могла быть представлена с помощю электрической сети. Это означило, что в принципе возможно создать электрические вычислительную и логическую машины. И действительно, в 1885 году один из студентов Пирса Аллан Маркванд разработал, хотя и не построил, машину для выполнения простейших логических операций.

Сеть с переключателем (также известная как переключатель, блок переключения или реле), которую Пирс планировал использовать для реализации Булевой алгебры, стала одной из основ компьютера. Уникальное свойство этого утройства таково, что благодоря вводимой информации она заставляет ток течь или не течь.

А что собственно есть робот? Робот – это комплекс, возможно небольшой, которым управляет компьютер. Предположим, что робот подключен к настольному компьютеру через последовательный порт. Как же происходит процесс управления? Все очень просто – для каждой операции, выполняемой роботом, драйвер последовательного порта определяет определенную комбинацию вывода нолей и едениц, как правило, на третьем пине, который отвечает за передачу данных (TD – Transmission Data), которую робот понимает как инструкцию. Инструкция эта устанавливает переключатели в необходимое положение, предположим для включения привода перемещения или захвата. В современных роботах таковыми переключателями являются кремниевые чипы, но это далеко не всегда было так.

В 40-е годы уже нашего века переключатеями в компьютерах были механические реле, которые постоянно открывались и закрывались, громыхая, как грузовые поезда. В 50-е годы их заменили электронные лампы. Но и они не могли быть меньше определенного размера, а поскольку выделяли тепло, должны были находиться на определенном расстоянии друг от друга. Именно из-за них компьютеры имели довольно большие размеры. И вот наконец к 1960 году физики, работавшие над твердыми материалами, представили совершенно новый элемент.

Устройством, которое вытеснило электронную лампу, стал транзистор, очень маленький, на первый взгляд, нейтральный кристаллический слой с необычными электрическими свойствами. Изобретение транзистора немедленно было признано революционным открытием. Джон Бардин, Уолтер Брэттен и Уильям Шокли в 1956 году получили за него Нобелевскую премию по физике.

Появление транзистора означало не просто замену устаревших технологических элементов на новые. В результате серии экспериментов в области квантовой физики транзисторы превратили компьютеры из «гигантского электронного мозга», доступного в основном инженерам и ученым, в товар, который можно купить, как телевизор. Транзистор стал огромным шагом вперед. Именно благодаря ему не только появились миникомпьютеры 60-х, но и наступила революция персональных компьютеров в 70-е годы.

А самое главное открытие столетия Бардин и Брэттен совершили в 1947 году за два дня до Рождества. Чтобы понять всю значимость устройства, которое появилось тем зимним днем в Мюррэй Хилл, штат Нью-Джерси, необходимо вспомнить о годах исследований, предшествовавших этому.

В 40-е годы Джон Бардин и Уильям Шокли работали в разных областях. Это было время, когда эксперименты в квантовой физике привели к открытиям, подтвердившимся позже. Стало ясно, что свойства кристаллов некоторых химических элементов, например, германия и кремния, проявляются только в электрических полях. Эти кристаллы нельзя было назвать ни изоляторами, ни проводниками, поэтому им присвоили название «полупроводники». Они обладали одним качеством, которое особенно заинтересовало инженеров-электронщиков: кристалл полупроводника в одном направлении проводил электричество, а в другом нет.

Это свойство тут же было востребовано. Крошечные осколки таких кристаллов начали использовать для выпрямления электрического тока, то есть для преобразования переменного тока в постоянный. Полупроводниковые радиоприемники были первыми изделиями, выпущенными на продажу с практическим использованием этого изобретения.

Выпрямитель на кристаллах был довольно любопытным устройством, элементом минерала, выполнявшим полезную работу, но не имевшим движущих частей. Этот, на первый взгляд, инертный прибор, обладавший уникальными свойствами, назвали элементом твердого состояния. Его вскоре заменило другое изобретение: триод Ли Де Фореста.

Триод был более универсальным устройством, чем кристаллический выпрямитель: он мог не только усиливать проходящий через него ток, но и использовать вторичный слабый ток для перемены знака основного тока. Это свойство изменять одно значение в зависимости от другого оказалось существенным в ходе разработки компьютера EDVAC. Хотя в то время некоторые ученые думали, что триод будет в основном использоваться в телефонных коммутаторах.

Естественно, люди из АТ&Т (American Те1еphоne & Те1еgraph - крупная телефонная компания США), особенно из ее исследовательского филиала - Bell Labs, стали интересоваться триодами. Работавший в то время в Bell Labs Уильям Шокли, как и другие ученые, занимался исследованиями полупроводников. Его интересовало, как изменяются их свойства при внесении в кристаллы примесей. Однажды Шокли осенило. С внесением другихматериалов, высказал идею Уильям, число электронов, необходимых для прохождения электрического тока, должно вырасти. Шокли убедил Bell Labs разрешить ему исследовать это предположение. Он верил, что сможет создать усилитель элемента твердого состояния. В состав его команды вошли ученый-экспериментатор Уолтер Брэттен и теоретик Джон Бардин.

Какое-то время их попытки ни к чему не приводили. Подобными исследованиями, кстати, уже занимались в университете Педю в Лафайете, Индиана. Группа Bell продолжила их и довела до финала. Бардин сумел разрешить основную теоретическую загадку. Он пришел к выводу, что эффект непроводимости на поверхности кристалла зависит от величины напряжения электрического тока. Это было удивительно точное предвидение. Уолтер Брэттен блестяще провел эксперименты, которые доказали истинность утверждения Бардина. Так 23 декабря 1947 года мир узнал о транзисторе.

Транзистор делал то же самое, что и электронная лампа, только намного лучше. Он был меньше, не выделял такого количества тепла и не потреблял такого количества энергии. Но самым важным было то, что функции нескольких транзисторов могло объединить одно полупроводниковое устройство. Исследователи немедленно приступили к разработке подобных полупроводников. Поскольку эти устройства соединяли множество транзисторов в более сложную схему, они получили название интегральных микросхем. Так как по существу они были осколками кремния, их стали также называть чипами (chip - осколок, ломтик).

Создание микросхем было процессом сложным и дорогостоящим, поэтому вся промышленность, имевшая к ним какое-либо отношение, вскоре начала расти как на дрожжах, получая необходимые финансовые инвестиции. Первыми фирмами, которые на коммерческой основе производили чипы, стали существовавшие в то время электронные компании. Одной из них оказалась компания полупроводников Shockley Semiconductor, которую Уильям Шокли основал в 1955 году в своем родном городе Пало-Альто. Можно сказать, что в ней работали лучшие в то время ученые в этой области. Затем от Shockley отделилась фирма полупроводников Fairchild Semiconductor.

Десять лет спустя после образования компании Fairchild фактически каждая фирма, выпускающая полупроводники, могла похвастаться ее бывшими работниками. Даже в такой крупной электронной компании, как Motorola, появившейся на рынке полупроводников в 60-е годы, было немало бывших сотрудников Fairchild.

Большинство компаний, производивших полупроводники, кроме Motorola, Техаs Instruments и RCA, располагались в нескольких милях от фирмы Shockley в долине Санта-Клара. В то время почти все полупроводники делались из кремния, и вскоре это место стало называться Силиконовой Долиной (Silicon Valley). Хотя мало кто тогда предполагал, что это название станет известно всему миру.

Индустрия полупроводников набирала обороты. Конкуренция была жесткой, так как сначала существовала лишь небольшая потребность в очень сложных микросхемах вне военной и аэрокосмической промышленности. Основные типы интегральных схем использовались в больших ЭВМ и мини-компьютерах. Первостепенную важность приобрели чипы памяти, которые должны были хранить данные во время работы компьютера.

В то время чипы памяти соединяли в себе функции сотен транзисторов. Других микросхем для хранения данных, проходящих через них, разработано не было. Зато они могли изменять данные определенным путем для выполнения простейших арифметических или логических операций. А чуть позже, в начале 70-х годов, вышедший из-под контроля спрос на электронные калькуляторы привел к созданию новых, еще более мощных компьютерных чипов.

Развитие этой идустрии привело к многократному усложнению не только самих компьютеров, но и тех устройств, которыми они управляют, в частности роботов. Сейчас уже не удивительно видеть у кого-нибудь в доме электронного домашнего питомца или небольшую игрушку для детей, способную своими действиями и голосом развлекать ребенка не один час. Роботы миниатюризируются вместе с компьютерами и скоро прочно займут свою нишу в доме у каждого. Робот-уборщица уже давно перестал быть сказкой из фантастического фильма, а уже существует и не просто довольно неплохо ориентируется в пространстве при помощи нескольких видеокамер, инфракрасных устройств и микрофонов, но еще и действительно убирается в доме или офисе.

Думаю, говорить о том как применяются роботы в промышленности говорить не нужно. Там они прочно закрепились, заменив людей, и практически полностью взяли производство с хрупких плеч человека на свои железные.

Применение роботов в производственной индустрии – законмерное явление для прогрессирующего «ленивого» человечества, но роботы-домашние животные – это явный признак деградации людей. Первое – реально полезно, а второе, лично для меня, не более чем просто интересно, тогда как для других – это посведневная необходимость. Так не долго и сойти с ума, каждый вечер «выгуливая» свою собачку, типа Abio от фирмы Sony.

В прогрессе роботов уже на современном этапе прослеживаются как положительные, так и отрицательные стороны, и еще не известно как люди будут воспринимать, предположим, интелектуальный дом, который и свет по приказу включет, и еду в Интернете заказывает, и ванну наполняет. Если это отношение не будет выходить за рамки «механизма облегчающего домашние хлопоты», то это нормально, но если это устройство станет членом семьи, то последствия изменения сознания людей непредсказуемы. Ведь если человек большую часть жизни провел в доме, который сам покупает еду, а в нем вдруг что-то сломалось, то он просто не будет знать что делать.

Технический прогресс губителен без прогресса разума. Все новинки промышленности неоспоримо полезны, но не менее полезно психологически подготовить людей к тому, что их ожидает уже в ближайшем будущем, которое принадлежит роботам.

Изучение робототехники для меня – это преде всего реальная возможность стать специалистом в той области, ктоторая в даный момент востребована пока еще не всеми слоями общества, но в обозримом будущем станет так же необходима всем без исключения, как, например, телевидение сейчас.


Список использованной литературы :



Пожар в долине. Пол Фрейбергер, Майкл Свейн. Изд. Дарнэл. 2000г.

Пожар в долине. Пол Фрейбергер, Майкл Свейн. Изд Просвещение. 1984г.

Принцип работы последвательного и параллельного интерфейсов. Валерий Салычев. Позновательная книга плюс. Москва 1996 г.