ロボット工学：レイマンズガイド

ロボット：私たちのほとんどが最初に頭に浮かぶことは何ですか？金属部品で作られた人間のような姿で、あちこちにいくつかのLEDがあり、移動中に奇妙な音を立てます。私たちの中には、映画、アニメ、本、漫画の影響を受けている人もいれば、ロボットがいつの日か地球を支配して反乱を起こし、���類の文明を征服すると考える人もいるかもしれません。そして、あなたの多くは、未来から来て私たちの中に隠れている悪いT1000があります。そうしないと、NS-5 Sonnyがあなたに危害を加え、他のすべてのロボットを制御する可能性があります。

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まあ、ロボットについては多くの誤解があり、SFの映画や本によって広まっているので、そのようなことは起こりません。実世界のロボットは、映画に示されているほど高度ではなく、ロボット工学の3つ以上の法則に準拠しています。史上最高のSF作家の1人であるアイザックアシモフが述べたように、ロボット工学の3つの法則は次のとおりです。

第一法則：ロボットは人間を傷つけたり、不作為によって人間に危害を加えたりすることはできません。

第2法則：ロボットは、第1法則と矛盾する場合を除いて、人間からの命令に従わなければなりません。

第3法則：ロボットは、そのような保護が第1法則または第2法則と矛盾しない限り、その存在を保護する必要があります。

安全だと感じたら、ロボット工学の世界を旅して、初心者の視点からその概念と機能を理解しましょう。ロボティクスの部分にジャンプする前に、ロボティクスで使用されるテクノロジーについて簡単に説明したいと思います。その後、長所と短所とともに現在と未来に移り、最後にロボットについて読んだり見たりできる最高の本や映画に移ります。

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ロボットとは？

ロボットは、人間の助けなしに一連の複雑なアクションを実行するようにコンピューターでプログラムできる任意のマシンです。ロボットになると、サイズ、形状、色などの機能は重要ではありません。代わりに、スケジュールされたタスクを実行できるマシンはすべてロボットとして分類されます。これらの機械は、人間の形である場合とそうでない場合があります。

ロボットという言葉は、強制労働を意味するチェコ語のrobotaに由来します。そして、ロボットを発明する唯一の目的は、人間が危険物質を使って高温で作業したり、ロボットとして時間と労力を必要とする繰り返しのタスクを実行したりするなど、人間の範囲を超えたタスクを実行できるようにすることであるため、これは真実です。エラーがないことが知られています。

人間のように見えるロボットは、SF映画や本でより一般的に見られるロボットのサブセットの1つであり、あまり一般的ではありません。ロボットの現実の世界は、ストレスの多い状況で、感情を伴わずにタスクを繰り返し実行できると同時に、100％の精度を達成できるマシンで構成されています。実世界でのロボットの例としては、自動洗車、自動販売機、リモートコントロールカー、最も一般的に使用されているATMなどがあります。したがって、次にATMから現金を引き出すときは、銀行の出納係の代わりに配置され、24時間年中無休で機能するロボットであることを忘れないでください。ロボット工学の分野で最も有名で成功した作品のいくつかは次のとおりです。

• ホンダのASIMO。Advanced Step in Innovative Mobilityは、家の中の高齢者を助けるためのハウスヘルパーとして機能するように設計されたマシンです。
• NASAの火星探査車。人間は惑星の環境のために火星を探索することはできませんが、NASAのロボットが赤い惑星の写真を探索して送信するのを止めることはできません。
• メイフィールドのクリ。どんな家でも生活に火花を添えるロボットコンパニオン。有名なディズニーロボットのキャラクターであるウォーリーに似ており、質問に答えたり、人を認識したりできます。
• ソニーのAIBO。ソニーはさらに一歩進んで、犬の形をしたロボットペットを作りました。これは、遊ぶのが楽しく、本物の犬の制限がありませんでした。
• ソフィア。ハンソンのソフィアは、人工知能と機械学習に基づく最もインテリジェントなロボットの1つです。

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他の用語は、ロボットとともに、またはロボットの代わりによく使用されていますが、まったく異なる意味を持っています。それらの用語のいくつかは次のとおりです。

サイボーグ。この言葉は主にSF映画や本で聞いたことがあるかもしれません。これは、サイバネティック生物、または有機（本物）とバイオメカトロニクス（人工）の両方の体の部分を持つ生物を意味します。簡単に言えば、人や動物が何らかの義肢や体の一部を持っている場合、その人はサイボーグと呼ばれることがあります。たとえば、人工心臓弁を持っている人や酸素ボンベを持っている人などです。彼らは機械で生き残り、助けと世話を必要としている人々であり、SF映画に描かれているように人類を一掃する運命にあるヒューマノイドロボットではありません。

Android。AndroidがスマートフォンでGoogleのオペレーティングシステムになる前は、人間に似ていて肉のような素材で作られたロボットを表すために使用されていました。Androidは長い間、SFの映画や本でしか利用できませんでしたが、最近の科学の発展により、これらのヒューマノイドロボットは現実のものになりました。

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ロボット工学とは何ですか？

ロボット工学は、ロボットテクノロジーの概念、設計、構築、運用、および日常生活への適用を含むテクノロジーの分野です。また、これらのマシンの情報を制御し、センサーを介してフィードバックを提供し、処理することを可能にするソフトウェアの開発も含まれています。ロボット工学は、コンピュータサイエンス、エレクトロニクス、メカトロニクス、ナノテクノロジー、そして最後に生物工学など、今日私たちが行っている工学コースの一部です。

Roboticsの主な目標は、実行が困難または危険なタスクの実行を支援できるマシンを作成することです。これらのマシンは、繰り返されるタスクを自動化して時間と労力を節約し、多くの状況で人間の行動を再現するのにも役立ちます。放射性物質の検査、爆弾の不活性化、宇宙旅行、詳細な水中探査などの危険な状況は、生命の危険を伴うタスクの一部であり、ロボットによって簡単に実行できます。ロボット工学の研究は、ロボットの需要が指数関数的に増加することで人気を博しており、次の理由から破壊的技術と見なされています。

製造プロセス。ロボットは、自動車の製造や食品加工、包装など、タスクが多くのセグメントに分割される製造プロセスで、タスクを高速化し、エラーを減らすために使用されます。

探索しています。ロボットは、未知の地形を探索するために軍隊によって何度も使用されてきました。これにより、因果関係が発生した場合に人命を救うことができます。

食品業界。多くの農民は、植え付け、収穫、選別、梱包などの農業タスクを実行するために、ロボットによって制御される巨大な機械を配備しています。

外骨格。スーツやウェアラブルマシンとして設計され、特定のタスク中に保護を提供し、強度を高めるために使用されるロボットがあります。

倉庫保管。倉庫業界では、商品を保管し、必要に応じて輸送するためにロボットが不可欠です。

監視。飛行ロボットまたはドローンは、生存者の数と場所を特定するのに役立つ捜索救助活動で使用されます。

アクセシビリティ。ロボットは、障害者や障害者に役立つことが証明されています。

交換。リスクが1度でもあるタスクは、人間ではなくロボットで実行できます。これには、映画でのスタントも含まれます。

人工知能とは何ですか？

人工知能は、ロボット工学の概念のバックボーンです。AIがなければ、ロボットはなく、特定のタスクを実行するためにオンにしてからオフにすることができるマシンだけがあります。従来の機械を、人間の介入では一般的に不可能なタスクを実行できるスマートな機械にするのは、AIの概念です。人工知能には4つの伝統的なアプローチがあります。

• 人間的に考える
• 合理的に考える
• 人間的に行動する
• 合理的に行動する

人間でも動物でもない知性の瀬戸際は人工知能と見なされ、この用語は人間の知性を模倣する機械によって行われる決定を説明するために使用されます。そして、この決定は、プログラミング言語またはコーディング言語のセットを介してマシンに供給されたものではなく、マシンによる自己開発でした。身の回りにあるAIの最も一般的な例は、チェスのようなコンピューターゲームです。チェスでは、コンピューターのインテリジェンスと対戦します。コンピューターのインテリジェンスは、次の動きを知らず、プレイした後に次の動きを決定します。将来のAIの他の例は、自動運転車と軍事シミュレーションです。

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機械学習とは何ですか？

名前が示すように、機械学習とは、機械によって自動的に得られる知識を指します。あなたがコーディングとソフトウェアを介してマシンをプログラムする場合、それはあなたがしていることであり、あなたのマシンは限られた範囲から考えることは決してできません。ただし、機械学習の概念は、大量のデータが機械に入力され、さまざまな要因で分析され、いくつかのパターンが観察され、それに基づいて機械によって決定されるという事実を扱います。

コンピューターまたは機械が機械学習を開始するには、大量のデータにアクセスする必要があります。これに基づいて、最も適切で関連性の高い結果を引き出すことができます。機械学習技術は、コンピューターやその他の機械が特定の状況に応じて決定を下し、現在のロボットの役割やパラメーターから解放されるようにすることを目的としています。これは、通常の人間をほぼ模倣する複雑なアルゴリズムと、分析的および論理的推論スキルを使用して行う決定によって行われます。

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モノのインターネットとは何ですか？

モノのインターネットまたは略してIoTは、1つのネットワークで相互接続されているテクノロジーとデバイスの総称です。簡単に言うと、現在所有しているすべてのスマートデバイスはIoTカテゴリに分類されますが、意図したとおりに使用されていない可能性があります。以前は、デバイスを手動またはデジタル（自動）に分類できましたが、現在では、インターネットに接続してデータを送受信できるデバイスに分類が拡張されています。

IoTは、センサーの可用性とインターネットを介した接続によってのみ可能です。オフィスに座って自宅でエアコンや洗濯機を制御できるのであれば、デバイスはIoTの世界の一部です。コンピューターとスマートフォンを除く今日のすべてのデバイスは、IoTを念頭に置いて開発されています。その結果、キッチンのコーヒーメーカーでさえ、仕事から家に帰るときに指示を受け取り、家に入るときに新鮮なホットコーヒーを提供できるセンサーとプロセッサーを備えていることがわかります。間もなく、世界中のIoTネットワークの一部ではないデバイスを使用することはなくなります。

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拡張現実とは何ですか？

拡張現実または略してARは、同時に現実と非現実の両方である環境を表します。簡単に言えば、レンズやカメラの電話などのオブジェクトを通して現実の世界を見て、そこにある以上のものを肉眼で視覚的に見ることができます。一番良い例は、スマートフォンのカメラを使って家の外の通りをそのまま見ただけでなく、同じ通りにポケモンのキャラクターを見たゲーム「ポケモンGO」です。これは拡張現実であり、このテクノロジーが改善されるにつれて、画面上でアニメートされたキャラクター以上のことができるようになります。さらなる変更は、拡張現実を使用している人々が、彼らの前に存在しない物体に触れたり（触覚）、圧力や痛みを感じたり（体性感覚）、聞いたり（聴覚）、さらには匂いを嗅いだり（嗅覚）できることを示唆しています。

一部の用語は、拡張現実に関連するか、類似しています。

• バーチャルリアリティ（VR）は、仮想世界に乗り込むためのテクノロジーであり、そこにいるように感じるほどリアルです。目と頭を動かすと画面が左右、上下に動くため、3Dとは異なるレベルになります。ただし、3Dムービーでは、頭を横向きにすると、画面に何が表示されているかがわかりなくなります。VRは、Oculus Rift、Google Cardboardなどの特別なデバイスを介して可能であり、火星でもどこにでも到達できます。
• 複合現実またはMRは、ARとMRを最大限に活用して、現実世界と仮想世界を組み合わせます。これまでのところ、両方のテクノロジの実際のエクスペリエンスを提供できる唯一のデバイスは、MicrosoftのHoloLensです。
• エクステンデットリアリティ（XR）はテクノロジーではありません。それでも、それは現実の世界がどのように見えるかの違いを含む経験を生み出すすべての技術と科学の組み合わせを指します。これには、拡張現実と仮想現実に加えて複合現実も含まれます。

ロボット工学、AI、ML、IoT、ARの関係は何ですか？

完全なロボットを作りたい場合は、それを完璧にするために、さまざまなテクノロジーを1台のマシンに組み込む必要があります。Roboticsと連携して機能する他のいくつかのブランチについて考えてみましょう。

ロボット工学と人工知能。人工知能を使用すると、ロボットは特定の状況で何をすべきかを考え、単純な機械から複雑な機械に変換できます。AIがない場合、ロボットは事前に決定されたアクションのみを実行し、メモリにプログラムされていない状況では応答を提供しないか、あいまいな応答を提供します。言い換えれば、AIは、実行する次のアクションの結果を決定および計算するための一種の感覚を提供します。今日、ロボティクスで使用されているAIには3つのタイプがあります。

• 弱い人工知能–SiriやAlexaなどのソフトウェアロボットで使用されます。
• 強力な人工知能–自動運転車やロボット外科医などの中型ロボットで使用されます。
• 特殊な人工知能–製造プロセスで使用される産業用ロボットで使用されます。

ロボット工学と機械学習。機械学習は、機械がデータを収集および分析できるようにする科学の分野です。この分析されたデータに基づいて、ロボットは関連する決定を下し、その範囲を超えるアクションを実行できるようになります。

ロボット工学とモノのインターネット。ロボットは、指示や更新を受信するために、セキュリティで保護されたネットワークを介してインターネットに接続する必要があります。IoTは、すべてのスマートデバイスがロボットと一緒に接続される環境を定義し、繰り返して重要でないタスクを簡単に実行できるようにします。これら2つのブランチ間の接続により、IoTまたはモノのインターネットとして知られる新しい科学分野が生まれました。このフィールドでは、特定のエリアで利用可能なすべてのスマートデバイスが、発生するイベントを監視し、すべてのデータ接続を融合して、現実世界のオブジェクトを規制するための次の行動方針を決定します。

ロボット工学と拡張現実。AR機能が組み込まれているため、ロボットは拡張現実とともに複雑なアルゴリズムを使用して、特定の未来的なイベントを予測および表示できます。また、AR機能を備えたロボットは、人間とのより良い同僚になり、同じレベルで作業することができます。これは、フライングロボットまたはドローンが、ロボットの現在の位置と将来の目的地を決定するのに役立つナビゲーションウェイポイントを備えた飛行経路を計画するのにも役立ちます。

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ロボットの利点は何ですか？

ロボットを使用することには多くの利点があり、その利点を強調した個別のブログを書いても、そのうちのいくつかを見逃すことは間違いありません。ロボットの最大の利点は次のとおりです。

• ロボットは、通常は人間のスキルとトレーニングを必要とするさまざまなタスクやアプリケーションを実行できます。
• ロボットの精度は常に人間に比べて高く、エラーの可能性はありません。
• ロボットは仕事の一貫性を示し、退屈や社会的ニーズなどの人間の感情はなく、モチベーションも必要ありません。
• ロボットは人間よりも速く動作するため、生産量と品質が向上し、より多くの利益が得られます。
• ロボットは、機械が冷却されたままで、疲れや気分が悪くなる可能性があるため休暇や休暇を必要としない限り、24時間年中無休で作業できます。
• ロボットはどのような環境でも動作でき、タスクを実行するために特別な条件やスーツを必要としません。つまり、自動車の製造や、金属を高温で溶接するその他のプロセスに最適です。
• ロボットは重い荷物を持ち上げ、危険で有毒な環境で作業することができます。これは人間には不可能なことです。

• ロボットは小さくて繊細な場所で動作することができ、複雑な手術を行うために医師によって使用されます。
• ロボットには、感情や感情のために、自我を持ったり、声を上げたり、ストライキを行ったり、工場の仕事を妨害したりすることはありません。
• ロボットが故障した場合、医学的請求や訴訟は発生せず、会社はロボットを修理するか、別のロボットと交換する必要があります。

ロボットのデメリットは何ですか？

利点について話し合った後、作業を​​完了するためにロボットを展開することについて確信を持っている必要があると確信しています。ただし、長所と短所はコインの両面のようなものであり、何かに利点がある場合は、特定の欠点もあるはずです。ロボットの制限は次のとおりです。

• ロボットの配備はコストのかかる作業であり、ロボットを購入して実装するには莫大な資本が必要です。ロボットのメンテナンスは少なくて済みますが、メンテナンスのコストは非常に高くなります。
• そのときのトレーニングと適切なソフトウェアの作成にかかるコストは難しく、高額です。ロボットの保守を担当する人は、ロボットのハードウェアとソフトウェアの機能の最新の改善点でロボットを定期的に更新する必要があります。
• ロボットは特定の一連の指示に従って動作でき、人間のようにプロセスの異常を認識しません。
• ロボットは人間としての柔軟性に欠けており、ロボットのタスクを変更したい場合は、人間に何か他のことをするように頼みながらロボットを再プログラムする必要があり、別のタスクを実行するのに数秒もかかりません。
• 自動化されたプロセスが故障して失敗する可能性が高くなります。プロセス全体の分析には多くの時間がかかり、プロセスの再設計が必要になる場合もありますが、人間の労働者の場合はそうではありません。その結果、タスクが期限内に完了せず、製造業者に損失が発生する可能性があります。
• ロボットはデザインや計画のような創造的な仕事をすることはできません。ロボットは人間の生活の最も重要な要素を欠いているため、これは人間が行う必要があります。それは感情です。
• ロボットは、アルゴリズム計算ではなく感情を必要とするタスクを実行することはできません。特に、ハンチや腸の感情で決定が下されるトレーディングシステムのように。
• ハウスヘルパーとして採用されたロボットは、すべての作業を正確かつ迅速に行うことができます。これにより、人間はすべてをロボットに依存するため、時間の経過とともに怠惰になり、馬鹿になります。これはまた、ほとんどの時間ロボット放射線にさらされ、何もしないで横になっている複雑な健康問題を引き起こします。
• ロボットはさまざまな種類の金属でできており、その中には自然に有害なものもあります。現在、金属廃棄物やバッテリーの投棄の問題に直面しており、古くて故障したロボットを落とすという問題は10倍になります。
• ロボットの最大の欠点は、ロボットが多くの人間の労働者に取って代わり、これが失業につながり、犯罪活動の増加を引き起こすことです。

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21世紀の並外れたロボット

画像出典：ハンソンロボティクス

最近ニュースを出しているヒューマノイドロボットが1台あり、それはギリシャ語で知恵を意味し、聖書では神の知恵として言及されているソフィアと呼ばれています。このロボットにとって奇妙なことではありません。ソフィアは地球上で最もインテリジェントなマシンの1つです。

ソフィアは、2016年に香港でハンソンロボティクスによって開発されました。妻と故女優のオードリー・ヘプバーンをイメージしてロボットを設計したデヴィッド・ハンソンによって作成されました。多くの人が、ソフィアはモーセと関係があり、イスラエルの12の部族の1つに属していた賢明なエジプトの女王ネフェルティティに似ていると主張しています。ハンソン氏によると、ソフィアには、人工知能、機械学習、視覚データ処理、顔認識などのトップクラスの機能が満載です。それとは別に、SophiaはGoogleのSpeech to Textテクノロジーにより、人間のジェスチャーを模倣して簡単な会話を行うことができ、会話を分析して将来の応答を改善することができます。

現在、ソフィアは25か国以上を旅行し、ウィル・スミスやジミー・ファロンを含む多くの有名人に会いました。ソフィアはまた、サウジアラビア政府から名誉市民権を付与されており、国連開発計画から「イノベーションチャンピオン」にも選ばれています。しかし、すべての名声とハイライトで、それが人間を破壊するであろうとその作成者に述べたとき、1つの事件がありました。さて、それはあなたの背骨を通して悪寒を与えますね？ハンソンは、それは小さな不具合であり、修正されたと報告しました。

ソフィアのその他のニュースや最新情報については、彼女の公式ウェブサイトをご覧ください。

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ロボット工学：過去から現在へ

ロボットの歴史は人間ほど長くはありませんが、エキサイティングな出来事を経験してきました。ここにいくつかの注目すべき重要なポイントがあります：

紀元前400年–ギリシャの数学者アルキタスは蒸気を動力源とする機械的な鳥を作りました。

1495 –レオナルドダヴィンチはヒューマノイドロボットをスケッチしました。

1913年–ヘンリーフォードはモデルTの時間を12時間から83分に短縮するためにコンベヤーベルトを設置しました。

1921 –ロボットに関する最初の本がKarelCarekから出版されました。それはロッサムのユニバーサルロボットと呼ばれ、この本は異常なことを行うことができる機械機械のロボットという言葉を紹介しました。

1926年–最初のロボット映画メトロポリスがハリウッドで公開されました。

1927 –最初のヒューマノイドロボットはRon Wensleyによって作成され、HerbertTelevoxと名付けられました。電話を受信し、スイッチを操作することで簡単なプロセスを制御できます。

1937 –2番目のロボットは10年後にJosephBarnetによって作成され、モトマンのElektroと呼ばれました。それは歩いたり、話したり、数えたり、喫煙したりすることができました。

1941 –偉大なSF作家アイザックアシモフは、ロボットに関する最初の短編小説を嘘つきと題して書き、ロボット工学の3つの法則を紹介しました。

1950 –チューリングのテストはアランチューリングによって開発されました。これは今日までロボットとAIボットのテストに使用されています。

1961年–最初のデジタル操作およびプログラム可能なロボットであるユニメートは、ゼネラルモーターズの組立ラインで開発および設置され、車両のより高速でリスクのない生産を促進しました。

1977 –スターウォーズがリリースされ、ロボットの新しい世界が展示されました。

1996 – IBMは、世界チェスチャンピオンのGarryKasparovを打ち負かした人工知能機能を備えたコンピューターを作成しました。

2000年–ホンダは、ロボティクスの定義を変えた当時の最先端のロボットであるASIMOを製造しました。

2016年–ハンソンロボティクスがソフィアを発表。これはほとんど人間のロボットのようです。

2020 –国際ロボット連盟（IFR）は、300万台の産業用ロボットの使用を予測しています。

ロボットの詳細な歴史については、このリンクを参照してください。

ロボットで見るのに最適な映画

画像ソース：ウィキペディア

ロボットブックリストはターミネーターで終わり、ロボットムービーリストはターミネーターで始まります。

ロボットで読むのに最適な小説

カバーが結合して、12、058年の惑星トランターの画像が表示されることに注意してください。

あなたがサイエンスフィクションのファンなら、おそらくロボットのキャラクターや物語を含む本をたくさん読んだことがあるでしょう。最高のSF作家の1人は、世界が現在のように技術的に進歩していなかった1950年代と60年代に50冊以上の本を書いたアイザックアシモフでした。それにもかかわらず、ここにロボットに関する最高のSF小説があります：

アシモフの本の完全なリストについては、このリンクを参照してください。

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ロボット工学：最終評決

ロボット工学は非常に広大なトピックであり、一度に完全にカバーすることはできません。同時に面白くて魅力的なトピックであり、このブログがロボットとその使用法、制限、利点、映画、本などに関する新しくて役立つ情報を提供してくれることを願っています。今は休憩の時間だと思います。ロボットをさまざまなタイプに分類することについてのより技術的な詳細を説明し、さらに探求する第2章を約束して、ロボット工学の世界から離れます。

その間、コメントセクションを使用して、この記事をどのように見つけたのか、そしてもちろん、Robo-Universeからの提案や特定のトピックを教えてください。

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