ЧТО ТАКОЕ ЭПОХА МЫШАТРОНОВ | 🐭🛠
Хотите погрузиться в 1960-е? Узнать о временах, когда инженерная фантазия и порожденные ею роботы обретались не только в фильмах вроде "Фантастическое путешествие" или "День, когда Земля остановилась"? Многочисленные энтузиасты (часть из них мы сейчас знаем как влиятельных миллиардеров) увлеченно закладывали основу современной техносферы в папиных гаражах. Мир бурлил открытиями - электроника становилась доступнее (но не в СССР), студенты читали про кибернетику, а подростки мечтали о летающих машинах с фантастическими возможностями. Тогда и родилась кибернетическая мышь, которую можно считать своеобразным техническим символом веры в победу разума и торжество человеческой изобретательности.
Начало пути
Кибернетическая робот-мышь сконструирована в конце 1960-х годов голландским (а позднее канадским) инженером Йоханом де Буром (Johan de Boer). Оригинальное её название на английском - "Cybernetic Mouse" или просто "Mouse machine", на русский это обычно переводят как "Кибернетическая мышь" или "Робот-мышь".
Всегда интересно при погружении с мир какого-то грандиозного изобретения, и, тем более, не особенно на первый взгляд и масштабного по современным меркам, проследить его истоки и "след бабочки", которым оно запрограммировало наше будущее. В настоящее время, конечно, любой даже не слишком продвинутый в техническом плане школьник, но увлеченный техникой, это нехитрое изобретение вполне способен самостоятельно повторить при желании. Но как мы стали такими? Кто и каким образом проложил нам дорожку к этим возможностям?
И что вдохновляло Йохана де Бура из Голландии (Johan de Boer, The Netherlands, позднее - Канада) на создание мыши-робота? Пишите свои мысли в комментариях. Сын учителя из нидерландской провинции с детства собирал замысловатые конструкции, мечтал связывать “нервы” и “мозг” машин воедино. До Канады он добрался после учебы в Голландии, работал в инженерных лабораториях и много экспериментировал с автоматикой: его интересовали простые схемы, управляющие поведением объектов. Его работами стали не только проекты из области кибернетики; он создавал схемы управления и сигнализации для заводов.
Йохан де Бур интересен как человек, который мог бы назвать своим главным изобретением не суперкомпьютер или ракету, а... мышь. Да-да, именно ту самую кибернетическую мышь с двумя маленькими моторами и глазами-светочувствительными сенсорами, которая умела "видеть" свет и объезжать препятствия. Представьте себе, это было в конце 1960-х - эпохе, когда компьютеры занимали целые комнаты, а мысль о роботах вызывала у всех либо смех, либо страх. А Йохан - он просто взял и сделал.
Родился он в Нидерландах в 1939 году (в год начала "большой заварухи" в Европе, как говорили его соотечественники), и, как многие инженеры того времени, вырос в мечтах о том, как техника навсегда облегчит жизнь людям. Как уже говорилось, он учился и работал сначала по ту сторону Атлантики, а потом перебрался в Канаду, где и развивал свои идеи. Вдохновлялся он, конечно, зародившейся в те времена с триумфом кибернетикой - наукой о том, как управлять машинами с помощью обратной связи. И вот, используя пару стареньких сервомоторов, реле и светочувствительные датчики, создал немудреную не слишком громоздкую конструкцию, но которая, казалось, на глазах оживала. Почему мышь? Возможно, потому что мышь - маленькая, хитрая, быстрая, а вовсе не потому, что она "получила должность главного инженера". Да и вообще, мышь, как все знают, в технологиях довольно знаменитый бренд.
Йохан был не из тех, кто просто собирает штуки ради хобби. Его мышь стала прототипом для целых поколений роботов, да и сам он был душой компании изобретателей, всегда помогал молодым ребятам и девушкам поверить, что им под силу собрать своего "робота мечты". Бур любил делиться знаниями и был очень семейным человеком, окружённым друзьями и коллегами, которые ценили его за открытость и искренность. Йохан был семейным человеком, имел много друзей среди инженеров-соотечественников, а любовь к своему хобби передал не только коллегам, но и собственному сыну. Умер он, к слову, в 2019 году в Канаде, оставив после себя любопытнейшие модели роботов и компьютеризированных систем и атмосферу всеобщего технического вдохновения.
Вывод простой: не стоит недооценивать инженеров с "мелкими" идеями - иногда мышь способна открыть целый мир.И да - именно такие люди неуклонно двигают технику вперёд. А мы-то привыкли думать, что всё начинается с ракет и мегамашин... Но нет. Именно так, ребята, рождается история - из простой идеи и упорства изобретателя.
Как устроена кибернетическая мышь
Настало время пояснить, что за мышатрон у нас в заголовке. Это просто. Мышатроном обозначен небольшой автономный робот, который научился ориентироваться в пространстве с помощью сенсоров и реагировать на свет и препятствия. Устройство двигалось с помощью двух сервомоторов: один управлял задними колесами, другой - рулём; светочувствительные "глаза" определяли источник света, а контактные бамперы воспринимали столкновения и препятствия. Этот робот не просто ездил, он имитировал простейшие признаки живого поведения - движение к свету и объезд преград.
Домохозяйки, узнали? Это же ваш любимый робот-пылесос Кузька!
Термин «мышатрон» происходит прямиком из мехатроники - науки, объединяющей точную механику, электронику и вычислительные технологии для создания интеллектуальных машин и систем. Как живое доказательство этой синергии мышатроны вполне себе неплохи: здесь и механические узлы (колёса, приводы), и электронные датчики (фоторезисторы, реле) и алгоритмы управления, которые работают совместно. Мехатроника выступила основой для создания современных роботов во всех сферах: от бытовых устройств до космических аппаратов, от медицинских микророботов до умных автомобилей.
Мышатроном можно назвать и первого примитивного робота с элементами адаптивного поведения, и в более широком смысле рассмотреть его как символ развития мехатронных систем, ставших базой для современной робототехники. Уже такая простая машина может «думать» и «чувствовать» мир вокруг, и вдохновляет дальнейший прогресс в создании всё более умных и сложных роботов. Это и конкретное изобретение, и целое направление в инженерии и робототехнике, которое объединило механику, электронику и программирование в одном компактном устройстве.
Робот-мышь (Cybernetic Mouse) была создана примерно в 1968 году. Наблюдатели отмечали, что двигалась с помощью двух сервомоторов она весьма забавно когда один вращал задние колёса, другой поворачивал рулевое колесо. Устройство управлялось через электромеханические реле по сигналам с многочисленных “усиков”- бамперов по всему корпусу. Сенсорные трубки содержали светочувствительные клетки (“глаза” робота), улавливая команды которого мышь ехала к свету, а наткнувшись на препятствие - объезжала его.
Технические характеристики
- Два сервомотора: один под роботом (приводит в движение два задних колеса), второй в передней части (отвечает за рулевое управление - поворот вправо и влево).
- Три электромеханических реле для управления сервомоторами.
- По периметру корпуса размещены контактные бамперы (датчики столкновений).
- В передней части установлены две светочувствительные ячейки (в "трубках"), работающие как "глаза" для наведения на источник света.
- Принцип работы: робот двигался по поверхности, направление определялось разницей в уровне освещения с левой и правой стороны, а столкновения с препятствиями фиксировались бамперами, что позволяло объезжать их.
Для чего предназначена мышка
- Это прежде всего исследовательская (экспериментальная) система для моделирования поведения автономного робота: движений к источнику света и объезда препятствий. с успехом демонстрировалась на выставках и лекциях по кибернетике и робототехнике.
- Стала прототипом целого класса простейших автономных роботов, моделирующих поведение живых организмов при обходе препятствий и движении к цели, и в целом - прототипом микромышей (micromouse), робототехнических алгоритмов навигации и современных сервисных роботов.
Результаты проекта
- "Кибернетическая мышь" демонстрировала примитивную модель рефлекторного поведения и стала одним из исходных примеров биоморфного подхода в инженерии и кибернетике.
- Считается предшественником соревновательных микромышей и образовательных роботов-шариков, ставших популярными в 1980-е и позже.
Биоморфный подход в инженерии и кибернетике, если говорить простыми словами, то это - когда технику и роботов конструируют на основе поведения реальных живых существ, копируя их форму, характерные движения и действия в этой разработке. Инженеры наблюдают за природой - мышами, насекомыми, птицами - и пытаются скопировать или повторить хитрые решения, которые уже придумала за нас эволюция. Подход помогает создавать машины и системы, которые ведут себя естественно, гибко и эффективно.
Кибернетическая мышь тоже была построена по биоморфному принципу: у нее есть "глаза" - светочувствительные датчики, которые помогают ориентироваться в пространстве, есть "усики" - сенсоры столкновений по бокам, и есть умение объезжать препятствия и двигаться к свету. То есть она ведет себя почти как настоящее живое существо, хотя и состоит из железа и электроники.
Биоморфный подход не является примитивной имитацией форм природы. Это важная идея о том, как использовать ее опыт для создания умных, адаптивных и устойчивых систем. Природа помогает инженерам создавать роботов и автоматические устройства, которые не просто выполняют команды, а чувствуют окружающий мир и подстраиваются под него - практически как живые организмы.
И именно этот подход получил развитие в современной робототехнике, мехатронике, нейроморфных технологиях и бионическом дизайне. Концепция создает мост между живой природой и машинами - позволяет учиться у лучших инженеров на планете, которых мы зовем эволюция и природа.
Официальных патентов на мышь-робота Бур не оформлял, но принципы схожи с запатентованными позже схемами управления простейшими роботами слежения за светом и робототехническими реле.
Второй проект кибернетической мыши
В начале 70-х годов Йохан де Бур создает не просто мышь, а целый мини-лабиринт. Это был куб размером около 20 сантиметров, внутри которого можно было менять планировку, ставить маленькие съёмные барьеры. В каждой клеточке этого лабиринта горела лампочка, которая вспыхивала, если в воображаемом пространстве оказывалась мышь. Этими световыми “следами” можно было отслеживать положение робота-мыши.
Управлял этим чудом инженерной мысли специальный микрокомпьютер. Он был собран из примерно сотни микросхем 74-й серии, распределенных по пяти платам, связанных огромным количеством проводов - электрические джунгли, как сейчас сказали бы. Мозг имел память объемом 1 килобит и мог выполнять до 200 инструкций в секунду. В конце первой четверти 21 века это звучит несерьезно, но тогда это было своеобразным прорывом: компьютер осматривал лабиринт, включал свет на нужной лампочке и мог запускать программы, которые заставляли мышь учиться ориентироваться в лабиринте.
Даже сейчас в этом компьютере словно есть что-то магическое - универсальная машина, которая могла управлять чем угодно, от этого маленького лабиринта до большого электропоезда. Так в 1970–73 годах начиналась эра домашних компьютеров и микроавтоматики, когда мечты становились реальностью, пусть и на маленьких платах и со скромными возможностями.
Этот проект служит отличной иллюстрацией к тому, как из примитивных деталей и большого желания можно состряпать по-настоящему умного робота, пусть и совсем крохотного. Поражает, что даже без современных микропроцессоров, де Бур создал настолько интеллектуальный проект практически с нуля. Воистину, настоящий инженерный подвиг в масштабах эпохи.
Куда ведет мышиная нора
Мышиная машинка проложила тропу целому семейству образовательных и развлекательных роботов.
Яркий пример - знаменитые "micromouse" - мини-роботы для соревнований по лазанью в лабиринтах. Схемы, похожие на мышиную, используют современные роботы для поиска источников света, линий, лазеек. Многие инженеры вспоминают, как из подручных материалов строили своих первых роботов: кто-то делал “световых жуков”, кто-то - роботов-обводчиков (line followers) на базовых микросхемах. Эти старые идеи позже активно воплощались в инженерных олимпиадах вроде Robofest, РУСРОБОТ и состязаниях школьников по программируемым наборам LEGO и Arduino.
Сам себе изобретатель
Чтобы повторить путь Бура и создать нечто своё, много не нужно: хватит набора моторов, пары фоторезисторов, корпуса от старой машинки, батареек - и схемы из школьного учебника. В сети можно найти пошаговые проекты Mousey Junkbot и простые гайды на YouTube. Сообщество начинающих “роботят” охотно делится советами на форумах. Принимайте участие в детских и юношеских кибернетических конкурсах - многие школы проводят свои “битвы роботов”, а на фестивалях вроде РобоФинист и World Robot Olympiad можно представить собственные идеи и найти единомышленников.
Надеемся, путешествие в эпоху мышатронов, в то время, когда мечтатели впервые взялись за паяльник, вам понравилось. История простенькой игрушечной мыши с “глазами” и “усиками” убедительно и эффектно показывает, что даже самый примитивный робот может обучаться и "отыскивать" свой путь в полном уподоблении реальному живому существу. Прошло уже больше 50 лет с той давней эпохи, но дух свободного изобретательства живет и поныне!
Сохраняйте интерес к технике, ставьте эксперименты, подписывайтесь на блог “В мире ИТ” в Дзене, ВК и Telegram, техногалерею @вмиреит в Tumblr, ищите интересные обучающие материалы в blogger, ставьте лайки и оставляйте комментарии, Это поможем вам не только быть всегда на волне идей и вдохновения вместе с блогом вмиреит, но и вдохновит нас, авторов, которые заинтересовали вас дочитать эту монументальную статью до этих слов, на новый поиск интересных и новых тем из удивительного мира техносферы нашей планеты 🚀🤖