Реферат: Зарождение современных компьютерных роботов

МГАПИ

Реферат

потеме

«Зарождениесовременных компьютерных роботов.»

Курс: 1

Группа: ТИ-7 (Б)

Студент: Бобров С.В.

В 60-х годах 19-ого векаамериканский ученый-логик Чарльз Сандерс Пирс начал читать лекции о работахДжорджа Буля, основателя Булевой алгебры (алгебры логики). Буль соеденилматематику и логику и изложил это достаточно убедительно. Пирс радикальноизменил и расширил Булеву алгебру.

В 80-х годах прошлого векаПирс понял, что ее можно использовать в качестве модели электрической сети спереключателями. С помощю значения «истина/ложь» в Булевой алгебре можно былоточно отобразить, как ток протекает через комплекс переключателей. Другимисловами, логика могла быть представлена с помощю электрической сети. Это означило,что в принципе возможно создать электрические вычислительную и логическуюмашины. И действительно, в 1885 году один из студентов Пирса Аллан Марквандразработал, хотя и не построил, машину для выполнения простейших логическихопераций.

Сеть с переключателем (такжеизвестная как переключатель, блок переключения или реле), которую Пирспланировал использовать для реализации Булевой алгебры, стала одной из основкомпьютера. Уникальное свойство этого утройства таково, что благодоря вводимойинформации 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 черезпоследовательный порт. Как же происходит процесс управления? Все очень просто –для каждой операции, выполняемой роботом, драйвер последовательного портаопределяет определенную комбинацию вывода нолей и едениц, как правило, натретьем пине, который отвечает за передачу данных (TD – Transmission Data), которуюробот понимает как инструкцию. Инструкция эта устанавливает переключатели внеобходимое положение, предположим для включения привода перемещения илизахвата. В современных роботах таковыми переключателями являются кремниевыечипы, но это далеко не всегда было так.

В 40-е годы уже нашего века переключатеямив компьютерах были механические реле, которые постояннооткрывались и закрывались, громыхая, как грузовые поезда. В 50-егоды их заменили электронные лампы. Но и они не могли быть меньшеопределенного размера, а поскольку выделяли тепло, должныбыли находиться на определенном расстоянии друг от друга. Имен­ноиз-за них компьютеры имели довольно большие размеры. И вот наконец к1960 году физики, работавшие над твердыми материалами, представили совершенноновый элемент.

Устройством, котороевытеснило электронную лампу, стал транзистор, очень маленький, напервый взгляд, нейтральный кристаллический слой с необычнымиэлектрическими свойствами. Изобретение транзистора немед­леннобыло признано революционным открытием. Джон Бардин, Уолтер Брэттени Уильям Шокли в 1956 году получили за него Нобелевскую пре­миюпо физике.

Появление транзистораозначало не просто замену устаревших технологических элементов нановые. В результате серии экспериментов в обла­сти квантовой физикитранзисторы превратили компьютеры из «гигантского электронного мозга»,доступного в основном инженерам и ученым, в товар, который можнокупить, как телевизор. Транзистор стал огром­ным шагом вперед. Именно благодаря ему нетолько появились миникомпьютеры 60-х, но инаступила революция персональных компьютеров в 70-е годы.

А самое главное открытие столетия Бардин иБрэттен совершили в 1947 году за два дня доРождества. 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 иУильям Шокли работали в разных облас­тях. Это было время, когда эксперименты вквантовой физике привели к открытиям,подтвердившимся позже. Стало ясно, что свойства кристал­лов некоторых химических элементов, например,германия и кремния, про­являютсятолько в электрических полях. Эти кристаллы нельзя было назвать ни изоляторами, ни проводниками, поэтому имприсвоили название «полу­проводники». Они обладали одним качеством, котороеособенно заинтере­совалоинженеров-электронщиков: кристалл полупроводника в одном на­правлении проводил электричество, а в другом нет.

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

Выпрямитель на кристаллахбыл довольно любопытным устройством, элементом минерала,выполнявшим полезную работу, но не имевшим дви­жущих частей. Этот,на первый взгляд, инертный прибор, обладавший уни­кальнымисвойствами, назвали элементом твердого состояния. Его вскоре заменилодругое изобретение: триод Ли Де Фореста.

Триод был более универсальным устройством, чемкристаллический выпрямитель: он мог нетолько усиливать проходящий через него ток, но и использовать вторичный слабый ток для перемены знака основного тока. Это свойство изменять одно значение в зависимостиот другого оказалось существенным входе разработки компьютера EDVAC.Хотя в то время не­которые ученые думали, что триод будет восновном использоваться в те­лефонных коммутаторах.

Естественно, люди изАТ&Т (American Те1еphоne& Те1еgraph — крупная телефоннаякомпания США), особенно из ее исследовательского филиа­ла- Bell Labs,стали интересоваться триодами. Работавший в то время в Bell Labs Уильям Шокли, как и другиеученые, занимался исследованиями по­лупроводников. Его интересовало, какизменяются их свойства при внесе­нии в кристаллы примесей. Однажды Шоклиосенило. С внесением другихматериалов, высказал идею Уильям, числоэлектронов, необходимых для прохождения электрического тока, должновырасти. Шокли убедил Bell Labs разрешитьему исследовать это предположение. Он верил, что сможет со­здатьусилитель элемента твердого состояния. В состав его команды вошли ученый-экспериментаторУолтер Брэттен и теоретик Джон Бардин.

Какое-то время их попытки ник чему не приводили. Подобными иссле­дованиями, кстати, ужезанимались в университете Педю в Лафайете, Ин­диана. Группа Bell продолжила их и довела до финала. Бардин сумел раз­решитьосновную теоретическую загадку. Он пришел к выводу, что эффект непроводимости наповерхности кристалла зависит от величины напря­жения электрического тока. Этобыло удивительно точное предвидение. УолтерБрэттен блестяще провел эксперименты, которые доказали истин­ность утверждения Бардина. Так 23 декабря 1947года мир узнал о транзи­сторе.

Транзистор делал то жесамое, что и электронная лампа, только намного лучше. Он былменьше, не выделял такого количества тепла и не потреблял такогоколичества энергии. Но самым важным было то, что функции не­сколькихтранзисторов могло объединить одно полупроводниковое устрой­ство. Исследователи немедленноприступили к разработке подобных полупроводников.Поскольку эти устройства соединяли множество тран­зисторов в болеесложную схему, они получили название интегральных микросхем. Так как посуществу они были осколками кремния, их стали такженазывать чипами (chip — осколок, ломтик).

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

Десять лет спустя после образования компанииFairchild фактически каждаяфирма, выпускающая полупроводники, могла похвастаться ее быв­шими работниками. Даже втакой крупной электронной компании, как Motorola,появившейся на рынке полупроводников в 60-е годы, было нема­лобывших сотрудников Fairchild.

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

Индустрия полупроводников набирала обороты. Конкуренция была жесткой, так как сначала существовала лишьнебольшая потребность в очень сложныхмикросхемах вне военной и аэрокосмической промышленности. Основные типы интегральных схем использовались вбольших ЭВМ и мини-компьютерах.Первостепенную важность приобрели чипы памяти, которые должны были хранитьданные во время работы компьютера.

В то время чипы памятисоединяли в себе функции сотен транзисторов. Других микросхем дляхранения данных, проходящих через них, разрабо­тано не было. Затоони могли изменять данные определенным путем для вы­полнения простейших арифметическихили логических операций. А чуть позже, вначале 70-х годов, вышедший из-под контроля спрос на электрон­ные калькуляторы привел к созданию новых, ещеболее мощных компью­терных чипов.

Развитие этой идустриипривело к многократному усложнению не только самих компьютеров, но и техустройств, которыми они управляют, в частности роботов. Сейчас уже неудивительно видеть у кого-нибудь в доме электронного домашнего питомца илинебольшую игрушку для детей, способную своими действиями и голосом развлекать ребенкане один час. Роботы миниатюризируются вместе с компьютерами и скоро прочнозаймут свою нишу в доме у каждого. Робот-уборщица уже давно перестал бытьсказкой из фантастического фильма, а уже существует и не просто довольнонеплохо ориентируется в пространстве при помощи нескольких видеокамер,инфракрасных устройств и микрофонов, но еще и действительно убирается в домеили офисе.

Думаю, говорить о том какприменяются роботы в промышленности говорить не нужно. Там они прочнозакрепились, заменив людей, и практически полностью взяли производство схрупких плеч человека на свои железные.

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

В прогрессе роботов уже насовременном этапе прослеживаются как положительные, так и отрицательные стороны,и еще не известно как люди будут воспринимать, предположим, интелектуальныйдом, который и свет по приказу включет, и еду в Интернете заказывает, и ваннунаполняет. Если это отношение не будет выходить за рамки «механизмаоблегчающего домашние хлопоты», то это нормально, но если это устройство станетчленом семьи, то последствия изменения сознания людей непредсказуемы. Ведь есличеловек большую часть жизни провел в доме, который сам покупает еду, а в немвдруг что-то сломалось, то он просто не будет знать что делать.

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

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

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

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

3.  Принцип работыпоследвательного и параллельного интерфейсов. Валерий Салычев. Позновательнаякнига плюс. Москва 1996 г.