Инженерное наследие России

Автоматы в собрании Политехнического музея

Материал опубликован в каталоге выставки "ПТА-2008"

В 2007 году Политехнический музей – один из старейших научно-технических музеев мира, национальный музей истории науки и техники в России – отметил 135-летний юбилей.
Фонды Политехнического музея и его коллекции позволяют проследить процессы зарождения и развития различных отраслей отечественной промышленности, науки и техники, достижения творческой мысли.

В декабре 1961 года в музее был создан отдел Автоматики и телемеханики. Автоматика – это самые передовые технические решения и высокие гуманные цели – освобождение человека от рутинного труда для подлинно творческой деятельности.

Экспозиция музея, посвящённая автоматике, единственная в нашей стране и, по утверждению представителя музея техники г. Мюнхена, Германия, - в мире. На сравнительно небольшой площади показан многовековой путь её развития от первых автоматов – ловушек охотников каменного века, капканов до самых сложных автоматических и автоматизированных систем управления. Диапазон областей применения автоматических устройств чрезвычайно широк. В экспозиции представлены отдельные приборы, комплексные средства автоматизации, роботы и управляющие системы для различных отраслей промышленности – энергетики, металлургии, машиностроения и других сфер человеческой деятельности.

Коллекции автоматических устройств наглядно демонстрируют усложнение функций автоматики – переход от простейших автоматов, работающих по заранее заданной программе, к сложным системам, способным принимать самостоятельные решения.

Документы и иллюстративные материалы, включенные в экспозицию, повествуют о деятельности учёных, конструкторов – создателей автоматической техники. Среди них – выдающиеся отечественные учёные М.В. Ломоносов, К.И. Константинов, И.А. Вышнеградский, американский учёный – основоположник кибернетики – Н. Винер, а также талантливые советские учёные и конструкторы – М.А. Гаврилов – основоположник теории релейно-контактных схем, А. Кобринский, В. Бесстрашнов, М. Брейдо – создатели станков с числовым программным управлением.

Многие экспонаты могут наглядно продемонстрировать свои возможности и способны к взаимодействию с посетителями: робототехнические комплексы чётко выполняют заданную программу, действующие макеты предоставляют возможность освоить "азбуку" автоматики – принципы действия датчиков, реле, измерительных приборов, автоматических регуляторов. Автоматы известны с глубокой древности. Слово "αυτοματος - автомат" в переводе с греческого означает: самодействующий, сам собой происходящий. В современном понимании "автомат – это совокупность технических средств, выполняющих свое целевое назначение без какого-либо вмешательства человека в процессе всего производственного (рабочего) цикла".

В экспозиции с помощью различных музейных средств можно проследить историческое развитие автоматов различного назначения:
простейших автоматов: капканы, автоматы Герона Александрийского, станок-автомат Леонардо да Винчи,
часовых механизмов: механизм башенных часов, часы Гюйгенса, настенные часы и часы «яичной фигуры» И.П. Кулибина, часы А.К. Нартова, деревянные часы Бронникова,
программных автоматов: автоматический станок Нартова, ткацкие станки Ж.М. Жаккара и Ж. Вокансона, роботы-андроиды Жаке-Дро, утка Ж. Вокансона, автоматическая птичка в клетке, музыкальные шкатулки и ящики;
измерительных самопишущих приборов: приборы М.В. Ломоносова, К.И.Константинова, центробежный тахометр,
регуляторов: мельничный потрясок, регуляторы Дж. Уатта и И.И. Ползунова, электрические регуляторы для дуговых ламп.

Автоматические устройства, элементы автоматики, средства измерения контроля и регулирования, управляющие вычислительные машины, кибернетические модели, находящиеся в экспозиции залов автоматики, иллюстрируют различные этапы создания и функционирования систем автоматизации производства, автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Историю программных автоматов иллюстрирует одна из наиболее привлекательных в музее – коллекция старинных музыкальных и занимательных автоматов XIX - начала XX веков: музыкальных шкатулок, органов, поющих механических птичек, часов с механическими подвижными фигурами. Эти устройства позволили не только демонстрировать принципы программного управления и первые способы задания программ: на валиках, дисках, перфолентах, но и дали возможность послушать прекрасные старинные мелодии и оценить образцы декоративно-прикладного искусства мастеров прошлого.

На основе этой коллекции в 2007 году была создана новая экспозиция «Музыкальная шкатулка», демонстрирующая историю развития музыкальных и занимательных автоматов с античных времен до первой половины ХХ столетия, когда закончилось их массовое производство с появлением новых изобретений – радио, граммофонов, патефонов.

Известны сложные театры автоматов, которые строил древнегреческий механик Герон Александрийский. Его механические фигуры, андроиды, установленные на Александрийском маяке, на мысе Фарос, в течение 16 веков показывали направление и силу ветра, отбивали склянки, в ночное время издавали трубные звуки, предупреждая о близости берега.

Подобные механические люди – роботы-андроиды – строились талантливыми европейскими механиками, начиная с 12 века. Технические решения и конструкции, найденные механиками средних веков, и доведенные до совершенства в 18 веке, по праву названном «золотым веком механики», нашли применение в автоматических системах управления, машинах и механизмах до конца 20-го века.

Мечта человека о создании помощника в ремесленном производстве стала реальностью в начале ХХ века, когда ученые и инженеры подошли к разработке промышленных роботов для обслуживания станков, грузоподъемных механизмов и транспортных средств. Сначала это был простой манипулятор со схватом, соответствующий по назначению руке человека. Затем появились трехзвенные манипуляторы с шестью и более степенями свободы. Для выполнения сложных производственных процессов роботам требуются "органы чувств": приборы технического зрения, обеспечивающие взаимодействие робота с окружающей средой, тактильные и силовые датчики, обработка информации с которых производится в вычислительном устройстве робота, формирующем команды управления приводами. Функциональные возможности современных роботов позволяют манипулировать деталями и предметами, перемещать их в пространстве, определять состояние окружающей среды, осмысливание и принятие решений, ведение диалога с человеком.

Роботы-манипуляторы, экспонирующиеся в залах автоматики Политехнического музея, перекладывают и сортируют детали различной формы, рисуют, играют в шашки, имитируют сборочные операции, вызывая неослабевающий интерес у посетителей.

Создание роботов, способных решать сложные задачи для реализации заданных целей, предполагает их оснащение элементами искусственного интеллекта. Сотрудники научно-учебной лаборатории "Робототехника и искусственный интеллект" создают мобильных минироботов, оснащенных интеллектуальными программами для демонстрации некоторых простейших форм адаптивного поведения, в частности - принципов моделирования условно-рефлекторного поведения.

Миниробот представляет собой автономную платформу, имеющую на борту программируемый контроллер, набор различных датчиков, исполнительные механизмы (эффекторы), радиоканал или другие модули связи с управляющим компьютером, позволяющие выполнять сложные поведенческие подпрограммы (прохождение по инверсной линии, поиск источника света, поиск и атака соперника и т.п.).

Автоматика в наше время выполняет большинство функций, требующих от человека колоссальных физических или умственных затрат, выполняя при этом требуемые действия в сотни - тысячи раз быстрее простых рабочих. Именно поэтому успешное развитие большинства производственных процессов предполагает использование систем автоматизации.

Знакомство с историей развития автоматики от автоматов древности до разработки интеллектуальных систем, представленной в залах автоматики Политехнического музея, несомненно, будет полезным как специалистам, так и широкой публике.

Лебедева Софья Николаевна