Болашақтың – ғылыми жаршысы

Бүгінде «ақылды» ойыншық көліктер өмірімізге дендеп ене бастады. Сан салада медицинадан бастап космонавтикаға дейін адамдар роботтардың көмегіне жүгінеді. Төбеде қалықтап жүріп, мерекелік шараларды бейнеге түсіретін робот-дрондарға, күрделі механизмдерді көз ілеспес жылдамдықпен және асқан дәлдікпен құрастыратын робот-қолдарға көз үйрене бастады. Оны айтасыз, сарапшылар алдағы 20 жылда адам істейтін жұмыстың тең жарымын роботтар атқаруы мүмкін деп отыр. Қысқасы, біздің заманымыз – робототехника заманы десек артық болмас. Қазіргі таңда бүкіл дүние жүзінде робототехника ғылымы кең қолданыс тауып отыр. Біздің мемлекетімізде осы бағытта дамыған елдер қатарына қосылу мақсатында ғылыми-техникалық прогресстің осы бір маңызды бағытынан құр қалмауда.
Елбасы Нұрсұлтан Назарбаев «Төртінші өнеркәсіптік революция жағдайындағы дамудың жаңа мүмкіндіктері» атты былтырғы Жолдауында «балаларға арналған технопарктері желісін» қалыптастыру арқылы әлемнің озық ғылымында бәсекелестікті арттыру қажеттілігін тапсырған болатын. Осы бағыт-бағдарда оқушылардың интеллектісін дамытып, ой-өрісін кеңейту мақсатында инновациялық үйірмелер пайда бола бастады. Оның бір айғағы, Алматы қаласы бойынша бірнеше филиалдары бар «RobotX» робототехника мектебін айтуға болады. Таяуда жоғарыда аталған мекеме біздің ауданымыздағы ең алдыңғы қатарлы білім шаңырағы – Сүлеймен Демирел университеті әкімшілігінің демеушілігімен осы ғимаратта тағы да бір филиал ашты. Елбасының «Цифрлы Қазақстан» бағдарламасы аясында ашылған бұл мектептің негізгі мақсаты командалық жұмысты және кеңістіктік ойлауды дамытып, балаларды шабыттандыру және интеллектуалдық әлеуетті ашу.
«Робототехника мектебінде» жеткіншектер көптеген зерттеулер жүргізіп, өз жобаларын жүзеге асырады. Сабақ барысы балалардың жобаларды бірлесіп әзірлеуіне және ойлау еркіндігін дамытуға бағытталған. Бұл мектепті ашқандардың тағы бір мақсаты ол жас жеткіншектерге тек ғана жаңа технологияларды үйретіп қана қоймай, оларды республикалық және халықаралық жарыстарға қатыстыру. Мұнда оқыған балалар түрлі жобаларды жоспарлап, оны дамытуды, әр түрлі бағдарламалармен жұмыс жасауды меңгереді. Сондай-ақ, ұялы телефонға және компьютерге арналған ойындар құрастыруды, «Maceblok» конструкторы арқылы роботтарды жинап, әрі бағдарламалауды, 3D обьектілер мен интерьерді моделдеуді де меңгеріп шығатын болады.
«Робототехника мектебінде» бастапқы кезенде балалар механика немесе алгоритмдер туралы негізгі білімдер оқытылады. Екінші кезеңде оқушылар «Makeblok» жиынтығынан робот жасайды. Бұл қызықты, креативті кезең оқушыға жақсы көңіл-күй сыйлап, оның моторикасын жақсартады. Одан бөлек, осы кезеңде балалар арасында командалық қарым-қатынастар қалыптасады, ал ересектерде топтық жұмыс жақсарады. Осы кезендерден кейін роботтарды басқаратын бағдарламаны жазу басталады. Қызықты және дұрыс бағдарламаны жазуды осы жердегі оқытушылар жеке дара әр оқушыға түсіндіріп, көрсетеді.
Жалпы, «Робототехника мектебі» жоғары технологиялармен жабдықталса, су жаңа «Makeblock» құрылғысын қондырғысының көмегімен балаларды халықаралық сайыстарға дайындайды. Заманауи балалардың қиялына шексіз мүмкіндіктер беретін робототехника мектебінің жоба менеджерінің айтуынша жеткіншектерді байқауларға баптайтын СДУ университетінің Инженерлік және жаратылыстану факультетінің белді ұстаздары мен түлектері.
Ал, жоба менеджері Мұрат Айтбаев: «Балаларды аптасына бір жарым сағаттан екі рет оқытамыз. Алдағы уақытта аудан, республика көлемінде сайыстар өткізіп, балалардың білім деңгейін халықаралық дейін көтеру ойымызда бар. Балаларды ең кемі 7 жастан бастап қабылдаймыз. Мектебіміз ақылы, айына 20 мың теңге. Оқушылардың алғашқы сауатын «Maceblok» жинағынан бастап, кейін сатылы түрде жоғары деңгейге көшіп отырады. Білімнің 80 пайызы – тәжірибе, 20 пайызы – теория жүзінде беріледі. Бағдарлама бойынша бастапқы кездері робототехниканың негіздерін үйретеміз. Кейін кәсіби білімге көшеміз», – деді.
Оның айтуынша, балаларын үйірмеге бергісі келетін ата-аналар RobotX.kz сайты арқылы тіркеліп, барлық керек ақпаратты ала алады.
–Мектеп құрылымы «Makeblock» жиынтығымен ерекшеленеді. Себебі, ол эксклюзивті құрылғы болып есептеледі. «Makeblock» жиынтығын қытайлық инженер ойлап тапқан. Әлемде білім саласында қолданысқа енген бұл құрылғы Қазақстанда да қолданысқа енгізіле бастады. Мұнда белгілі бір нұсқаулық жоқ. Қиялыңыздағы кез-келген роботты осы бөлшектерден құрастыра аласыз– дейді роботехника мектебінің оқытушысы Ләйла Қамбар.
Осы мектепте жан-жақты ақпарат алған тәлімгерлер болашақта қандай мамандық иесі болуын өз бетінше таңдап, жаңа технологияларды толыққанды меңгеріп шығады. Ал, оны меңгерген ұрпақ көштен қалмай, еліміздің көркеюіне үлес қосары сөзсіз.

Робототехника (робот және техника; ағылш. robotics — роботика) – роботтардың құрылысымен, жұмысы мен қолдануымен айналысатын, оған қоса олардың басқару, сезіну мен мәлімет өңдеумен айналысатын механикалық, электр және электронды инженерия мен компьютер ғылымдарының біріккен саласы.

Робототехника роботтардан басқа автоматтандырылған техникалық жүйелер мен өндірістік үдерістердің ең жаңа техникалық жиынтықталуын әзірлеу мен қолдану жолдарын зерттейтін ғылым.

Автоматтандырылған машиналар, басқа сөзбен айтқанда роботтар, адамдардың орнына қауіпті жерлерде, немесе зауыттағы құрастыру үдерістерінде жұмыс істей алады. Роботтар сыртқы келбеті бойынша, жүріс-тырысы мен танымы бойынша адамдарға өте ұқсас болуы әбден мүмкін. Қазіргі таңда ғалымдар гуманоид роботтарды барынша адамдарға ұқсас қылуға тырысып жатыр.

Автономды түрде жұмыс істейтін роботтар туралы мәлімет көне кезден бастап ойлана бастаған, алайда сол тақырыптағы зерттеулер XX ғасырға дейін басталмаған. Ертегі кезеңнен бастап, роботтар бір күні адамдардың жүріс-тұрысына еліктейді және де адамдар сияқты адамдардың жұмыстарын істей алады деп болжалған. Қазіргі таңда робототехника тез дамып келе жатқан сала. Технология қалай тез дамыса, робототехника да солай тез дамиды, өйткені робототехника технологиямен тығыз байланыста. Технология дамыған сайын зерттеулер, әрлендер өзгеріп дамиды, соның арқасында роботтардың қолдану аймағы да ұлғаяды. Қазіргі таңда роботтар үйде, кәсіпорындар мен әскери салада қолданылады. Көптеген роботтар миналар мен бомбаларды залалсыздандыру сынды адамдарға тікелей зардап алып келетін жағдайларда қолданылады.

Робототехника қандай да роботтарды зерттеп әзірлемесе да, ол роботтар Айзек Азимовтың үш заңына бағынуы тиіс. Ол заңдарды 1942 жылы жазылған «Хоровод» атты әңгімесінде баяндаған. Ол заңдар мынадай оймен жазылған:

1. Бір де бір робот адамға залал келтіре алмайды, немесе әрекетсіздігімен залал келуіне жол бермейді.

2. Бірінші заңға қарсы келмесе, робот адамның барлық бұйрықтарын орындауға тиіс.

3. Бірінші және екінші заңдарға қайшы келмесе, робот өз қауіпсіздігін қамтамасыз ету керек.^[1], роботехника^[2]

Робототехника тарихы[өңдеу]

1942 жылы ғылыми-фантастикалық мәнерде жазатын жазушы Айзек Азимов робототехниканың үш заңын ойлап табады. 1948 жылы Норберт Винер тәжірибелік робототехниканың негізін құрайтын кибернетиканың қағидаларын тұжырымдаған. Толығымен автономды роботтар XX ғасырдың екінші жартысында ғана пайда болды. Ең бірінші сандық басқаруы бар бағдарламанатын робот Unimate болған. Ол робот ыстық темір бөлшектерді балқыту машинасынан көтеріп, жинауға арналған. Қазіргі таңда коммерциялық және индустриалдық роботтар кеңінен тараған. Ол роботтар адамдарға қарағанда жұмысты арзанырақ, жинақы және нық орындайды. Сол салада қолданылатын роботтардың кейбір жұмыстары адам үшін лас, қауіпті және жалықтыратын болып табылады. Роботтар кеңінен құрастыру, жинақтау, жеткізу, жер және ғарыш зерттеулері үшін, медициналық оталар, жарақ ретінде, зертханалық зерттеулер, қауіпсіздік үшін қолданылады.^[4]

Роботтардың ең басты таптары[өңдеу]

Қазіргі кезде роботтардың көптеген түрлері бар, әртүрлі орталарда әртүрлі жолмен қолданылады. Қолдану мақсаты мен сыртқы келбеті әртүрлі болғанымен, құрылымына келгенде баршасында 3 бірдей жерлері бар:

1. Әр робот механикалық негізі - құрылғы, рамадан тұрады. Сол раманың түрі қолданылатын мақсатына қарай өзгереді. Мысалы, робот лай мен құмның үстімен жүретін болса, шынжыр тракторлар қолданылуы мүмкін. Механикалық жағы ойлап табушының бір бөлек мәселенің шешімі, робот жүретін жердің қоршаған ортасына байланысты. Роботтың формасы атқаратын функциясымен тікелей байланысты.

2. Әр робот электр бөлшектерден тұрады. Сол бөлшектер робот жүйелерін толығымен бақылайды. Мысал ретінде шынжыр арқылы жүретін роботты алсақ, сол шынжырларды жүргізу үшін күш керек. Сол күш электр қуаты ретінде келіп, сымдар арқылы өтіп, батареяда сақталады; осы негізгі схема. Газбен істейтін машиналар да газды қолдану үдерісі үшін токты керек етеді. Сол себептен, газбен жүретін көлік сынды машиналарда да батареялар бар. Электр жүйесі роботтың қозғалуында (мотор) қолданылады, өлшеу үшін (электр сигналдар жылу, дауыс, тұрған жері мен энергия мөлшерін анықтау үшін) және жалпы қолдану үшін (робот жалпы негізгі операцияларды жасау үшін өз мотор мен сенсорларына біраз энергия жолдауы керек).

3. Барлық роботтар кішкене болса да компьютер кодын керек етеді. Сол алгоритмде робот қалай жұмыс істейтіні көрсетіледі. Код жазған адам программаның ішінде робот шешімін қалай және қашан қабылдап, әрекет ететінін жазады. Сол шынжыр арқылы жүретін робот өзінің механикалық дизайны мен құрылысының арқасында лайды керемет етіп, өзінің батареясынан сымдар арқылы керек мөлшерде энегия алса да, компьютер программасынсыз орнынан жылжымайды; өйткені программа роботқа қашан, қайда жылжу керек екендігін айтады. Программа роботтың негізгі мәнін құрады. Роботтың механикалық және электр бөлшектері керемет әрленіп, бірақ жазылған программасы нашар болса, роботтың жұмыс істеуі екі талай, істесе де, қозғалуы мен жұмыс істеуі ретсіз болады. Негізгі үш түрлі алгоритмдер бар: қашықтан басқару, жасанды интеллект және гибрид. Қашықтан басқарылатын роботтарда бұйрықтар жиынтығы бар. Ол бұйрықтарды тек қашықтан басқаратын құрылғының сигналын алғаннан кейін ғана орындайды. Жалпы айтқанда, адам сол құрылғы арқылы бір қашықтықта орналасқан роботты басқарады. Жасанды интеллект қолданылатын роботтар қоршаған ортаға байланысты шешімдерді өздері қабылдайды. Роботтың жүйесіне қоршаған ортаның факторларына, объектілеріне әртүрлі реакция жазылған. Жасанды интеллект сол реакцияларды ескере тұрып, қоршаған ортаның факторларына өзі әсер береді. Негізінен, жасанды интеллект адамның ойлау қабілетіне ұқсас болуы керек, немесе ұқсастыруды көздейді. Ал гибрид қашықтан басқару мен жасанды интеллектілердің біріккен кезі.

Робот құрамдастары[өңдеу]

Қуат көзі[өңдеу]

Қазіргі кезде ең көп қолданылатын (қорғасын-қышқылды) батареялар қуат көзі ретінде қолданылады. Батареялардың көптеген түрлері роботтың қуат көзі ретінде қолданыла алады. Қорғасын-қышқылдан жасалған ауыр, бірақ қауіпсіз, ұзаққа шыдайтын батареялардан бастап, күміс-кадмийден жасалған кішкентай ғана, бірақ қымбат батареяларға дейін қолданыста. Батареяны қолданатын роботты әзірлеу кезінде батареяның қауіпсіздік факторын, қолдану циклы мен салмағын есепке алу керек. Ішкі жану қозғалтқышы сынды генераторлар қолданыла алады. Алайда, ондай жобалардың салмағы ауыр, механикалық тұрғыдан күрделі, және оған отын мен жылуды жою жолдары керек. Роботты қуат көзімен байланыстыратын шектей қуат көзін толығымен алып тастар еді. Оның бір жақсы жағы электр энергиясын өндіру мен энергияны сақтау бөлшектерін роботтан басқа жерге қойып, салмағы азайып, орын көбейтеді. Алайда, бұл жолдың кері жақтары да бар. Оның бірі — үнемі роботқа жалғанған сымдар робот басқаруын және жылжуын қиындатады. Әлеуетті қуат көзі:

• Пневматикалық (сығылған газдар)

• Күн энергиясы (күн энергиясын қолданып, оны электр энергиясына түрлендіру)

• Гидравликалық (сұйықтық)

• Маховик энергиясын сақтау

• Органикалық қоқыс (анаэробты ас қорыту арқылы)

• Қалдықтар (адам, жануарлардың фекалиялары); әскери тұрғыдан қарағанда кішкентай жауынгерлердік топтардың фекалиялары энергия ретінде қайтадан қолданыла алады DEKA жобасының Slingshot Stirling моторы қалай жұмыс істейтінін қараңыз)

Роботты іске қосуы[өңдеу]

Роботтың қозғалуға арналған бөлшектері адамның бұлшық еті сынды. Сол роботтың "бұлшық еті" сақталып тұрған энергияны жылжуға қолданады. Қазіргі кезге дейін ең көп қолданылатын түрі ол дөңгелекті, немесе редукторды қозғалысқа келтіретін электр мотор мен зауыттардағы индустриалды роботтарды қозғалысқа алып келетін желілік жетек. Алайда, қазіргі кезде роботтың "бұлшық еттерін" қозғалтудың баламалы түрлері пайда болды, соның арасында электр қуатмен, химиялық қоспалармен, немесе сығылған ауа арқылы.