Шта је робот¶
Особине робота¶
Да ли су роботи човеколики?
Реч „робот“ је прво почела да се користи у литератури, а инжењери и научници су је касније преузели. У романима и филмовима научне фантастике, роботи су често приказани тако да својим изгледом, покретима и другим особинама подсећају на људе. Чак је постало популарно да људи испрекиданим покретима и механичким гласом имитирају роботе који (неспретно) имитирају људе. У неким романима и филмовима појављују се и полумеханички организми који се састоје од вештачких и природних делова. Оваква представа о роботима је присутна у популарној култури, од вицева и цртаних филмова до дискотека. Постоје и стварни хуманоидни роботи, као што је чувени Асимо кога смо 2012. године имали прилике да видимо и у Србији. Ипак, у примени су много чешћи роботи који ни по чему не подсећају на људе или животиње На пример, индустријски роботи типично немају хуманоидни изглед.
По којим особинама су роботи слични људима, а шта је оно што их разликује? Направи листу са сличностима и разликама и покушај да излисташ што више особина.
Да ли су роботи покретљиви?
Роботи су по неким особинама слични рачунарима, али рачунаре ипак не називамо роботима. Зашто? Најважнија разлика између робота и рачунара је то што се рачунари не крећу, односно не обављају механичке радње. Исто тако, ни друге машине које се не крећу не сматрамо роботима. Према томе, покретљивост се сматра за једну од кључних особина робота, која га разликује од других, сличних машина. Роботи могу да буду стационарни (као на следећој слици), али у том случају имају покретне делове намењене обављању неког физичког посла. У последње време све популарнији су и покретни (мобилни) роботи.
Стационарни индустријски роботи¶
(ISAPUT, CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons)
Да ли су роботи самостални (аутономни)?
Једна од битних карактеристика робота је висок ниво самосталности. У познатим случајевима масовне употребе, након што се припреме за употребу, роботи делују аутономно, тј. без људске помоћи. Човек обично надгледа рад робота због могућности квара или непредвиђених околности, али у нормалним ситуацијама нема потребе да помаже роботу у његовом раду. Модерни роботи се све више оспособљавају да самостално препознају престанак услова за нормалан и несметан рад и да адекватно реагују и у таквим ситуацијама (од једноставног заустављања и слања извештаја о ситуацији, преко искључивања струје у просторији, покретања других аутоматских процеса до узбуњивања). Све ово смањује ниво неопходног сталног надзора над радом робота и растерећује човека.
Поменимо да постоје и роботи који су даљински управљани, али и даље имају неки ниво самосталности. То могу да буду нпр. роботи дизајнирани за обављање веома опасних послова, код којих није поента да се човек потпуно ослободи потребе да управља роботом, него да максимизира шансе за успех мисије, а да се при томе не излаже ризику. У таквим применама евентуални неуспех робота може да буде много скупљи од људског времена. Осим тога, због повишеног ризика од оштећења таквог робота, акценат при његовом дизајну је више на поузданости и издржљивости, него на логици која би му обезбедила овде не толико битну, потпуну самосталност.
Да ли роботи нужно „осећају” околину?
Роботи добијају информације о околини преко разних сензора, о чему ћемо још говорити. У раној фази роботике, неки сензори који би били изузетно корисни ипак нису уграђивани у роботе, пре свега зато што је у то време било веома тешко да се рачунски обраде и адекватно искористе сви подаци који стижу са сензора. Поставља се питање да ли у данашње време аутономне машине са покретљивим деловима, али без икаквих сензора, треба убрајати у роботе? Око одговора на ово питање став није јединствен, али преовладава мишљење да машине које ни на који начин не осећају околину не треба сматрати роботима.
Можеш ли да набројиш неке уређаје или машине који функционишу самостално, имају покретне делове помоћу којих обављају неке механичке радње, са или без сензора, а ипак их не називамо роботима? Да ли би се неки од тих уређаја или машина могли назвали интелигентним?
Да ли се роботи понашају интелигентно?
Пошто смо сензоре већ уврстили у обавезну опрему робота, подразумева се да податке са тих сензора треба и искористити. За то су потребни алгоритми, који податке са сензора користе за израчунавања на основу којих доносе одлуке и тиме повећавају способност (употребљивост) робота. То је управо оно што сматрамо интелигентним понашањем код робота.
Након анализе особина робота, долазимо до једне од могућих дефиниција овог појма, која је доста широко прихваћена.
Робот је аутономна машина способна да осети своју околину, да врши прорачуне за доношење одлука и извршава различите радње у стварном свету.
Из дефиниције није јасно о каквим, тј. колико сложеним радњама се ради. Још важније, није јасно ни шта све робот треба да буде у стању да обави без људске помоћи, какве одлуке да доноси, односно који ниво самосталности треба да достигне. Такви детаљи у дефиницији намерно нису прецизирани, јер су у различитим периодима роботике очекивања од робота прилично разликовала. Некада се, на пример, машина сматрала самосталном ако је била у стању да аутоматски понавља једну радњу. Данашња очекивања од робота у погледу самосталности су далеко већа, а разумно је претпоставити да она у будућности наставе да расту. Слично важи и за сложеност покрета и друге детаље. Према томе, одређена непрецизност у дефиницији је потребна, да би она била довољно општа да обухвати до сада направљене разнолике машине које сматрамо роботима, као и оне за које се очекује да ће бити направљене. Дефиниција није идеална и може јој се штошта замерити, али даје солидан оквир за разумевање појма робота.
Укратко, можемо да кажемо да су основне карактеристике савремених робота самосталност (аутономност), покрет, опажање и интелигентно понашање (у описаном смислу). При томе, робот може, а не мора да опонаша жива бића својим изгледом или начином функционисања.
Делови робота¶
Роботи могу да се веома разликују по сложености, па самим тим и по деловима од којих се састоје. Овде ћемо пре свега поменути делове које морају да имају практично сви роботи, па и они најједноставнији, какви могу да се уз извесно знање и спретност израде и на школској секцији. За оне које интересује градња робота, поменимо да улагања у материјал за једноставније типове нису велика, а на интернету постоји обиље занимљивих идеја, па и разрађених пројеката који могу да послуже за увежбавање у градњи робота и учење о њима. Као уводни корак и припрему за градњу робота, заинтересованима предлажемо да погледају приручник Програмирање микробит уређаја у Микропајтону, као и Управљање електромеханичким моделима помоћу микробит уређаја.
Делове потребне за градњу робота можемо грубо да поделимо у електронске, електромеханичке и механичке. Најважнија електронска компонента робота је микроконтролер (енгл. microcontroller). Он се састоји од релативно једноставног микропроцесора (у односу на оне у савременим рачунарима) и постојане меморије малог капацитета, смештених на штампаној плочи која је често тек толика да на њу стану поменути делови и прикључци за повезивање са другим уређајима. Уколико је потребно, може се користити и већа штампана плоча, на коју може да се смести више прикључака и електронских компоненти попут додатних чипова (интегрисаних кола), отпорника, кондензатора, транзистора, диода, тастера итд. Таква плоча, која повезује већи број компоненти се, као и код рачунара, назива матична плоча.
Више о микроконтролерима
Микроконтролер може да се повеже и са рачунаром, што му омогућава да са њега преузме програм који управља роботом, као и да се лакше обави тестирање и открију евентуални проблеми. Могуће је и да се више микроконтролера међусобно повежу и сарађују у управљању роботом. Друге компоненте које се путем каблова повезују са једним од микроконтролера (ако их је више) су прекидачи, мотори и разне врсте сензора.
Типична улога микроконтролера је да преко улазних прикључака прима податке од сензора, да обрађује те податке помоћу програма који се налази у постојаној меморији и да преко излазних прикључака шаље команде, тј. управљачке сигнале уређајима који те команде извршавају. Уређаји који извршавају команде се називају актуатори и о њима ће ускоро бити речи.
Уколико микроконтролер нема капацитет (нпр. довољан број прикључака) за примање и слање свих потребних сигнала, он може (као што је речено) да се преко улазних и излазних прикључака повеже са другим микропроцесорима и са њима размењује сигнале. На тај начин микроконтролер преноси неке од поменутих функција на друге микроконтролере.
У електронске компоненте спадају и разне стандардне целине које се називају електронски склопови. Тако имамо склопове за напајање, појачиваче, осцилаторе итд. Склопови могу да се налазе на матичној плочи, а могу да имају и своје штампане плоче.
Покретни робот¶
Piotr Stawicki, Felix Gembler, Ivan Volosyak, CC BY 4.0
<https://creativecommons.org/licenses/by/4.0>, via Wikimedia Commons
Сензори, или давачи сигнала су уређаји који мере разне физичке величине и претварају их у електрични сигнал. Нове технологије омогућавају прављење сензора веома малих димензија, тзв. микросензора. Сликовито речено, сензори представљају „чула” робота и снабдевају га подацима о његовој околини.
Према природи величине коју мере, сензори могу да буду топлотни (мере температуру или проток топлоте), електромагнетни (мере електрични отпор, струју, напон, снагу, јачину или промену магнетног поља и друго), механички (мере притисак, проток флуида, густину флуида, вискозност, напрезање, растојања, убрзања, влагу, ниво течности и др.), хемијски (сензори кисеоника, детектори угљен-моноксида, сензори мириса тј. различитих гасова итд.), оптички (светлосни сензори или фотодетектори, инфрацрвени сензори), акустички (користе временско кашњење простирања ултразвучних таласа за мерење даљине и детекцију покрета), звучни (микрофон, сеизмометар) и други.
Сензори се често монтирају на робота споља, јер су се и намењени опажању околине, тако да и поред често малих димензија лако могу да се уоче простим посматрањем робота.
На основу информација са сензора робот одлучује када да започне задатак, како да избегне или савлада препреку, како да реагује на разне промене, а коначно и да ли је задатак обављен, односно да ли треба одустати од даљих покушаја.
Актуатори (енгл. actuator - покретач, погон) код робота реагују на управљачке сигнале који стижу са микроконтролера и, користећи неки извор енергије, остварују механичко кретање, тј. промену положаја робота или његовог дела. Као извор енергије, актуатори најчешће користе електрично напајање. Такви актуатори су различите врсте електромотора (мотори једносмерне струје, корачни мотори, серво уређаји). Електромотори производе кружно (ротационо) кретање, па су погодни за покретање точкова, зглобова и сл. Актуатори могу да користе и друге изворе енергије. На пример, пнеуматски актуатори користе ваздух под притиском да преко цилиндра остваре праволинијско кретање, док се потпритисак користи у вакуумским хватаљкама и механичким вакуумским стопалима за кретање по веома стрмим подлогама.
Одлука о томе да ли ће се робот кретати помоћу точкова или механичких ногу зависи од његове намене. За кретање по равном терену точкови су довољно добри, док се за неравне и стрме терене (укључујући и контранагиб, као код кретања по таваници) користе моћнији механизми попут механичких ногу, који су знатно сложенији, како за реализацију, тако и за координацију и управљање.