ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ - ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ

Transcript

1

2

3 Γενικό Λύκειο Φαλάνης Τμήμα Β 2 Ερευνητική Εργασία ΚΒΑΝΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ - ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ Σχολικό Ετος

4

5 Ομάδα Εργασίας Μόκα Δήμητρα Μπουφίκος Θωμάς Ντανίκας Ιωάννης Νταούτης Χριστόδουλος Παπαθανασίου Δήμητρα Παπακωνσταντίνου Βασιλική Παπακωνσταντίνου Νικόλαος Στεφανή Αθανασία Τσάνι Γκαζμέντ Τσικαρλή Ευαγγελία Τσούκα Στυλιανή Φάτσης Βασίλειος Χασιώτη Παρασκευή Χλωρός Πάρης Υπεύθυνος Καθηγητής Καρατζικάκης Μανώλης Σελιδοποίηση-Εξώφυλλο-Εκτύπωση Γιώργος Ρούσσας

6

7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Είναι χρήσιμο να ξεκινήσουμε πρώτα µε κάποιες γενικές παρατηρήσεις και υπενθυμίσεις. Η Φυσική είναι η επιστήμη που µμελετάει τη δομή της ύλης και τις αλληλεπιδράσεις της. Μπορούμε να τη χωρίσουμε σε δύο µμεγάλες κατηγορίες: την Κλασική Φυσική, που αναφέρεται στα ϕαινόµενα του µακρόκοσµου και την Κβαντική Φυσική που αναφέρεται στο µικρόκοσµο. Η πρώτη έχει ως βάση τη Νευτώνεια Μηχανική ενώ η δεύτερη τη Κβαντομηχανική. Στη Νευτώνεια Μηχανική υπάρχουν µόνο τα σωματίδια και οι τροχιές τους. Η εφαρμογή αυτής σ έναν µμεγάλο αριθμό σωματιδίων οδηγεί στις ϕαινοµενολογικές θεωρίες της Υδροδυναμικής και της Ελαστικότητας. Αυτές περιγράφουν ϕαινόµενα όπως τα ακουστικά κύματα και τα κύματα του νερού. Δηλαδή τα κύματα είναι επακόλουθα ϕαινόµενα. Ο Ευκλείδειος χώρος τριών διαστάσεων και ο χρόνος είναι το σταθερό γήπεδο όπου κινούνται τα σωματίδια και η κίνησή τους δεν επηρεάζει τα άλλα σωµατίδια. Η γνώµη που έχουµε για τον κόσµο ϐασίζεται σε τρεις παραδοχές. α) Τα διάφορα αντικείµενα υπάρχουν ανεξάρτητα αν τα παρατηρούμε ή όχι. ϐ) Είναι λογικό να συνάγουµε γενικά συµπεράσµατα μετά από πολλές παρατηρήσεις ή/και πειρά- µατα. γ) Καµιά επίδραση δεν µμπορεί να μεταδοθεί ταχύτερα από το φως. 1

8 Οι παραδοχές αυτές αποτελούν τη βάση της πραγματικότητας και της τοπικότητας. Με τη λέξη τοπικότητα εννοούμε ότι αν δύο συστήματα που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους αποµακρυνθούν πάρα πολύ τότε διαχωρίζονται και δεν υπάρχει καµία αλληλεπίδραση µεταξύ τους. Η δομή της Κβαντομηχανικής είναι αρκετά αφηρη- µένη και δεν είναι εύκολο να την κατανοήσουμε όπως τη Νευτώνεια Μηχανική. Επιπλέον φαίνεται ότι οι παραπάνω τρεις παραδοχές δεν ισχύουν στην Κβαντοµηχανική. Η δυσκολία µεγαλώνει επειδή όλες οι εµ- πειρίες που έχουµε προέρχονται από τις παρατηρήσεις των ϕαινοµένων της καθηµερινής ζωής ώστε τα κβαντικά ϕαινόµενα να ϐρίσκονται σε αντιδιαστολή µε την κοινή λογική. Είναι δύσκολο να αντιληφθούµε ότι τόσο το ϕως όσο και τα σωµατίδια έχουν κυµατικές και σωµατιδιακές ιδιότητες. Ανάλογα µε το είδος της µέτρησης που κάνουµε άλλες ϕοϱές υπερισχύει η µια µορφή και άλλες ϕορές η άλλη. Ενα άλλο χαρακτηριστικό είναι ότι για τη µέτρηση ενός κβαντοµηχανικού µεγέθους είµαστε υποχρεωµένοι να χρησιµοποιήσουµε µια συσκευή µέτρησης που στηρίζεται στις θεωρίες της Κλασικής Φυσικής µε αποτέλεσμα η μέτρηση να επηρεάζει το 2

9 σύστημα. Αυτό οδηγεί στην αρχή της απροσδιοριστίας που µας λέει ότι δεν είναι δυνατό να γνωρίζουµε συγχρόνως µε όση ακρίβεια ϑέλουµε δύο συζυγή μεγέθη όπως είναι η θέση και η ορμή του σωματιδίου ή η ενέργεια (μιας κατάστασης) και ο χρόνος (ζωής της). Επακόλουθο των προηγουµένων είναι ότι η Κβαντομηχανική είναι µια Πιθανοκρατική ϑεωρία και µια µέτρηση δεν σχετίζεται µε τις προϋπάρχουσες ιδιότητες του συστήµατος. Επίσης είναι και µη τοπική ϑεωρία µε την έννοια ότι αν δύο συστήµατα αλληλεπίδρασαν κάποτε ϑα εξακολουθούν να αλληλεπιδρούν σε όση απόσταση και αν αποµακρυνθούν µεταξύ τους. υστυχώς δεν ϑα αποφύγουµε τη χρήση κάποιων συµβόλων και εξισώσεων που δηµιουργούν δυσκολίες στην παρακολούθηση µιας γενικής διάλεξης. Οµως για να περιγράψουµε την Κβαντοµηχανική χωρίς Μαθηµατικά είναι σαν να ϑέλουµε να περιγράψουµε ένα μουσικό κοµµάτι µε λόγια. 3

10 Η σύνθεση της κβαντομηχανικής και της σχετικότητας σε μια ενιαία θεωρία αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της Φυσικής του αιώνα μας. Στην πραγματικότητα μόνο μέσα στα πλαίσια αυτής της σύνθεσης είναι δυνατόν να κατανοηθούν θεμελιώδη χαρακτηριστικά του κόσμου μας όπως η αρχή του Pauli, η ύπαρξη ύλης και αντιύλης, καθώς και η δυνατότητα παραγωγής και εξαφάνισης σωματιδίων στις πυρηνικές αντιδράσεις που παράγουν, μεταξύ άλλων, και την αστρική ενέργεια στην οποία οφείλεται η ίδια η ύπαρξή μας. Χωρίς την επικουρία της ειδικής σχετικότητας, οι κβαντικοί νόμοι από μόνοι τους θα ήταν αδύνατο να δημιουργήσουν ένα Σύμπαν ικανό για αυτογνωσία. Σε αυτή την εργασία γίνεται μια προσπάθεια να παρουσιαστεί αυτή η μεγαλειώδης σύνθεση σε ένα επίπεδο που δεν προϋποθέτει τίποτε περισσότερο από τις στοιχειώδεις γνώσεις ενός προπτυχιακού μαθήματος κβαντομηχανικής. Χωρίς τη συνήθη χρήση ενός εκφοβιστικού φορμαλισμού, επιχειρείται να αναδειχθεί η απλότητα των βασικών ιδεών και να δημιουργηθεί ένα "φιλικό κλίμα" που θα επιτρέψει στον μέσο αναγνώστη να υπερνικήσει τους φόβους του για την δυσκολία του θέματος και να επιχειρήσει την ανάβαση σ' εκείνη την προνομιούχα κορυφή που προσφέρει μια συνολική θέα αυτού του εξαίσια κβαντικού και σχετικιστικού μας σύμπαντος. 4

11 Τι είναι η Κβαντοµηχανική; Η Κβαντομηχανική είναι η θεωρία της Φυσικής που μελετάει τη συμπεριφορά της ύλης και του φωτός σε ατομική κλίμακα. Στη σημερινή της μορφή, είναι η μόνη που εξηγεί τα φυσικά ϕαινόµενα του µικρόκοσµου µε πολύ καλή ακρίβεια και έχει προβλέψει πολλά νέα ϕαινόµενα. Η ακρίβεια των προβλέψεων της θεωρίας είναι της τάξεως του Τα κβαντικά χαρακτηριστικά της ύλης γίνονται εντονότερα όσο μικρότερος είναι ο χώρος µέσα στον οποίο είναι εγκλωβισμένο το σωματίδιο και όσο μικρότερη είναι η μάζα του. Για να καταλάβουμε για τις διαστάσεις µε τις οποίες ασχολείται αναφέρουμε ότι: Ο αριθμός του Avogadro = αριθµός µορίων σε ένα γραµµοµόριο = Για παράδειγµα ένα γραµµάριο άνθρακα (µισή κου- 5

12 ταλιά ζάχαρη ή βούτυρο) περιέχει περίπου 1023 άτοµα! Πώς µπορούµε να ϕανταστούµε αυτόν τον αριθµό; Ενδεχοµένως συγκρίνοντας τον µε έναν άλλο αριθµό, π.χ. την ηλικία του σύµπαντος που είναι έτη ή 1017 sec. Ο αριθμός αυτός είναι πολύ μικρότερος από το αριθµό του Avogadro. Αν κάποιος αφαιρούσε ένα άτοµο άνθρακα της παραπάνω ποσότητας κάθε sec από τη στιγµή της δηµιουργίας του σύµπαντος τότε ϑα είχε αφαιρέσει περίπου το ένα εκατοµµυριοστό του αρχικού αριθµού! Τι εξηγεί και τι µελετάει: Σχεδόν όλα τα ϕαινόµενα που µας οδήγησαν στις επαναστατικές ανακαλύψεις των τελευταίων 100 ετών: Περιοδικός πίνακας των στοιχείων, οµή των Στοιχειωδών σωµατιδίων, των Πυρήνων, των Ατόµων, και της Στερεάς Κατάστασης της ύλης, Πυρηνική ενέργεια, Ιατρικές εφαρµογές, Laser, Maser, Τρανζίστορ, Ηµιαγωγοί, Υπολογιστές, υλικά µε διάφορες ιδιότητες, Υπεραγωγιµότητα, Υπερρευστότητα, Σύγχρονες τηλεπικοινωνίες, Γενετική Μηχανική (DNA)... 6

13 Κβαντομηχανική Η Κβαντική Μηχανική (ή Κβαντική Φυσική ή Κβαντομηχανική), είναι αξιωματικά θεμελιωμένη θεωρία της Φυσικής, που αναπτύχθηκε με σκοπό την ερμηνεία φαινομένων που η νευτώνεια μηχανική αδυνατούσε να περιγράψει. Η κβαντομηχανική περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης στο μοριακό, ατομικό και υποατομικό επίπεδο. Ο όρος κβάντο (quantum, μικρή ποσότητα - προέρχεται από τη λέξη quantus που στα Λατινικά σημαίνει πόσο) αναφέρεται σε διακριτές μονάδες που χαρακτηρίζουν συγκεκριμένες φυσικές ποσότητες, όπως η ενέργεια ενός ατόμου ύλης σε κατάσταση ηρεμίας. Η κβαντομηχανική είναι μια θεωρία της φυσικής μηχανικής. Θεωρείται πιο θεμελιώδης από την κλασική 7

14 μηχανική, καθώς εξηγεί φαινόμενα που η κλασική μηχανική και η κλασική ηλεκτροδυναμική αδυνατούν να αναλύσουν, όπως: 1. Την κβάντωση (διακριτοποίηση) πολλών φυσικών ποσοτήτων, όπως για παράδειγμα την κίνηση του ηλεκτρονίου μόνο σε συγκεκριμένες ενεργειακές τροχιές σε ένα άτομο. 2. Τον κυματοσωματιδιακό δυϊσμό, δηλαδή την εκδήλωση, σε ορισμένες περιπτώσεις, κυματικής συμπεριφοράς από σωματίδια ύλης, κυρίως ηλεκτρόνια. 3. Τον κβαντικό εναγκαλισμό, που σχετίζεται με την περιγραφή της κατάστασης ενός συστήματος από επαλληλία καταστάσεων. 4. Το φαινόμενο σήραγγας, χάρη στο οποίο σωματίδια μπορούν να υπερπηδήσουν φράγματα δυναμικού και να βρεθούν σε περιοχές του χώρου απαγορευμένες από την κλασική μηχανική. Θεωρείται επίσης θεμελιώδης επειδή σε συγκεκριμένες περιπτώσεις, για παράδειγμα όταν μελετώνται μακροσκοπικά σώματα, οι νόμοι που περιγράφουν τα κβαντικά φαινόμενα συγκλίνουν με τους νόμους της κλασικής μηχανικής, κι έτσι η δεύτερη θεωρείται οριακή περίπτωση της πρώτης. Η περίπτωση αυτή είναι γνωστή ως αρχή της αντιστοιχίας, που αρχικά διατύπωσε ο Νιλς Μπορ. Η κβαντομηχανική σε έναν αιώνα πειραματισμού δεν έχει διαψευστεί. Κρύβεται πίσω από πολλά φυσικά φαινόμενα και ιδιαιτέρως τα χημικά φαινόμενα καθώς και τη φυσική της στερεάς κατάστασης. 8

15 Κβαντομηχανική και Πραγματικότητα Τα θεμέλια της μη αιτιοκρατικής ερμηνείας της κβαντομηχανικής, που αποτελεί και την κυρίαρχη άποψη σήμερα, τέθηκαν κυρίως από δύο φυσικούς. Ο πρώτος είναι ο Werner Heisenberg με την Αρχή της Αβεβαιότητάς του και ο δεύτερος ο Max Born με την πιθανοκρατική ερμηνεία της κυματοσυνάρτησης Ψ του Schroedinger. Η κυρίαρχη άποψη είναι γνωστή κι ως ερμηνεία ή σχολή της Κοπεγχάγης. Το όνομα αυτό βγήκε επειδή ο Niels Bohr, ο οποίος είχε σημαντική συνεισφορά στην διατύπωσή της ερμηνείας αυτής, διοικούσε το πολύ σημαντικό Ινστιτούτο Φυσικής στην Κοπεγχάγη κατά τη διάρκεια της περιόδου ανάπτυξης της Κβαντομηχανικής προς τα τέλη της δεκαετίας του Η κυρίαρχη άποψη συνάντησε πολλές αντιδράσεις, κυρίως από τους Einstein και Schrödinger που αποδέχθηκαν μεν τη μαθηματική διατύπωση της Κβαντομηχανικής, όμως ήταν ανήσυχοι με την ερμηνεία αυτή. 9

16 Το θέμα της σωστής ερμηνείας του μαθηματικού φορμαλισμού της κβαντομηχανικής έχει παραμείνει πρόβλημα ακόμα και σήμερα. Το νοητικό πείραμα της γάτας του Schrödinger Μέσα στο κουτί εκπέμπεται ένα φωτόνιο και συναντά ένα ημιεπαργυρωμένο καθρέπτη, από όπου το μέρος της κυματοσυνάρτησης του φωτονίου που τον διαπερνά πέφτει σε έναν ανιχνευτή ο οποίος, αν ενεργοποιηθεί, αυτόματα πυροδοτεί ένα όπλο και σκοτώνει τη γάτα. Αν δεν ανιχνεύσει κάποιο φωτόνιο ο ανιχνευτής τότε η γάτα είναι ζωντανή. Η κυματοσυνάρτηση του συστήματος μέσα στο κουτί χωρίς παρατήρηση απ έξω είναι μια υπέρθεση δύο δυνατών περιπτώσεων: της ζωντανής και της νεκρής γάτας. Ο Ερβιν Σρέντινγκερ (Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger, 12 Αυγούστου Ιανουαρίου 1961) ήταν Αυστριακός φυσικός. Ασχολήθηκε με τη Στατιστική φυσική, τη Θερμοδυναμική, την Ηλεκτροδυναμική, την Κοσμολογία, τη Βιολογία, τη Φιλοσοφία, αλλά κυρίως με την Κβαντική φυσική, ανακαλύπτοντας την περίφημη κυματική εξίσωση που φέρει το όνομά του. Τιμήθηκε μαζί με τον Πολ Ντιράκ (Paul Dirac, ) με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για τις εργασίες του πάνω στην ατομική θεωρία. 10

17 Η γάτα του Schrödinger φωτίζει κάτι δυσάρεστο και προβληματικό στην καρδιά της κβαντομηχανικής. Η πιο επιτυχημένη θεωρία φυσικής όλων των εποχών έχει στην καρδιά της μια καθαρή αντίφαση, επειδή στον κβαντικό κόσμο τα σωματίδια μπορούν να βρίσκονται σε πολλαπλές τοποθεσίες ταυτόχρονα, και να κάνουν ασυμβίβαστα πράγματα, αλλά και σε πολλαπλές καταστάσεις ταυτόχρονα και να δρουν με τρόπους που να σας κάνουν να ευχόσαστε να μην είσαστε ένας θεωρητικός κβαντικός φυσικός. Αυτή η παράξενη ιδιότητα ονομάζεται «υπέρθεση» και εξακολουθεί να υφίσταται μέχρι κάποιος να παρατηρήσει την υπέρθεση μέσα στο κουτί με τη γάτα, μέχρι το σημείο που οι πιθανότητες καταρρέουν σε κάτι πραγματικό και κλασικό κάτι που μπορούμε να ακούσουμε, να αισθανθούμε, να δούμε και ίσως και να καταλάβουμε ακόμη. Εχοντας μελετήσει το πρόβλημα της κατάστασης που βρίσκεται η γάτα μέσα στο κουτί αναρωτιόμαστε υπάρχει τίποτα στο μικρόκοσμο εκεί έξω που να είναι πραγματικό; Η απάντηση του Niels Bohr είναι όχι. Δεν υπάρχει τίποτα πραγματικό "εκεί έξω" στο κβαντικό επίπεδο. Με κάποιο τρόπο η πραγματικότητα προκύπτει μόνο σε σχέση με το αποτέλεσμα των "μετρήσεων". Αυτή είναι η κυρίαρχη η άποψη και αυτή που αποδέχεται η πλειοψηφία των φυσικών, που ονομάζεται όπως είδαμε "ερμηνεία της Κοπεγχάγης". Σύμφωνα με αυτή 11

18 Ο Νιλς Μπορ (Niels Henrik David Bohr, 7 Οκτωβρίου Νοεμβρίου 1962) ήταν Δανός φυσικός. Σπούδασε στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης και είχε θεμελιώδεις συνεισφορές στην κατανόηση της ατομικής δομής και της κβαντικής μηχανικής. Θεωρείται ο μεγαλύτερος μετά τον Αλμπερτ Αϊνστάιν θεωρητικός φυσικός του 20ου αιώνα. Εργάστηκε για την κατασκευή της ατομικής βόμβας και ήταν υπέρμαχος της ειρηνικής χρήσης της πυρηνικής ενέργειας. Δημιουργός της πρώτης κβαντικής θεωρίας του ατόμου και από τους θεμελιωτές της κβαντικής φυσικής, ο Μπορ είχε καθοριστική συνεισφορά στην εξέλιξή της για περισσότερο από 50 χρόνια. Το έργο του τεράστιο σε σπουδαιότητα, τιμήθηκε με πολλές διεθνείς διακρίσεις την ερμηνεία δεν υπάρχει τίποτα πραγματικά "εκεί έξω", το οποίο σημαίνει ότι η ανίχνευση ενός ηλεκτρονίου σε μια ορισμένη θέση "δημιουργεί" τη θέση αυτού του ηλεκτρονίου. Εντούτοις αυτή η ερμηνεία εισάγει ένα σοβαρό πρόβλημα, και αυτό αφορά τη φύση της μέτρησης. Η ερμηνεία της Κοπεγχάγης υποθέτει ότι η μέτρηση είναι που "δημιουργεί" την πραγματικότητα. Αλλά η μέτρηση είναι το αποτέλεσμα που μας δίνει μια ορισμένη συσκευή, η οποία δεν είναι παρά μια συλλογή ατόμων και μορίων. Επομένως και η συσκευή μέτρησης θα πρέπει να περιγραφεί από μια κυματοσυνάρ- 12

19 τηση. Αλλά αν συμβεί κάτι τέτοιο, τότε η ίδια η συσκευή δεν θα μπορεί να έχει μια συγκεκριμένη τιμή για όλες τις φυσικές της ιδιότητες (συμπεριλαμβανομένης της ανάγνωσης των μετρήσεων), έως ότου αυτές "μετρηθούν". Αλλά υπάρχει μια άλλη άποψη. Ο Einstein πίστευε ότι η Κβαντομηχανική, αν και είναι μια πολύ εντυπωσιακή θεωρία, δεν πλήρης. Μας δίνει μια ατελή εικόνα του κβαντικού κόσμου, και πρέπει να υπάρξει κάτι πέρα από την Κβαντομηχανική που θα διευκρινίσει και θα καθαρίσει την παρούσα εικόνα που έχουμε. Ο Αλμπερτ Αϊνστάιν (γερμανικά: Albert Einstein, 14 Μαρτίου Απριλίου 1955) ήταν φυσικός γερμανοεβραϊκής καταγωγής, ο οποίος έχει βραβευθεί με το Νόμπελ Φυσικής. Είναι ο θεμελιωτής της Θεωρίας της Σχετικότητας και από πολλούς θεωρείται ο σημαντικότερος επιστήμονας του 20ού αιώνα. Γεννήθηκε στο Ουλμ (Ulm) της Γερμανίας. Σπούδασε στo ETH Ζυρίχης (Πολυτεχνική Ακαδημία της Ζυρίχης) στην Ελβετία όπου ολοκλήρωσε με επιτυχία τέσσερα χρόνια σπουδών στη Φυσική. Μετά την αποφοίτησή του, το 1900, πήρε την ελβετική υπηκοότητα, δούλεψε για δύο μήνες ως καθηγητής μαθηματικών και το 1902 προσλήφθηκε ως εξεταστής στο Ελβετικό Γραφείο Ευρεσιτεχνιών στη Βέρνη. Το 1921 τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ «για τη συμβολή του στη θεωρητική φυσική, και για την εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου» Το 1940 πολιτογραφήθηκε Αμερικανός. Απεβίωσε στο Πρίνστον του Νιού Τζέρσεϊ στις 18 Απριλίου του

20

21 Τι είναι η ρομποτική Είναι σύγχρονος τεχνολογικός κλάδος της αυτοματοποίησης, που έχει ως αντικείμενο τη μελέτη, το σχεδιασμό και τη λειτουργία των ρομπότ, καθώς και την έρευνα για την περαιτέρω ανάπτυξή τους, Τι είναι τo ρομπότ; Σύμφωνα με τον ορισμό του Ινστιτούτου Ρομπότ των ΗΠΑ, "ρομπότ είναι μια επαναπρογραμματιζόμενη πολυλειτουργική χειριστική διάταξη, σχεδιασμένη για τη μετακίνηση υλικών, εξαρτημάτων, εργαλείων και εξειδικευμένων διατάξεων, μέσω μεταβλητών, προγραμματισμένων κινήσεων για την εκτέλεση μιας σειράς εργασιών". Ενα ρομπότ συγκροτείται από δύο συστήματα, το μηχανικό (στο οποίο περιλαμβάνεται το σύστημα κίνησης) και το ηλεκτρονικό (στο οποίο υπάγεται και η επαναπρογραμματιζόμενη μνήμη του). Υπάρχουν διάφορα κριτήρια διάκρισης και αντίστοιχες κατηγοριο- 15

22 ποιήσεις των ρομπότ. Μία από αυτές είναι η διάκρισή τους σε τρεις, επί του παρόντος, "γενιές". Στην πρώτη γενιά κατατάσσονται ρομπότ με περιορισμένη ευελιξία, που διευθύνονται από τον άνθρωπο, όπως, για παράδειγμα, οι απλοί "χειριστές", σχετικά απλά εργαλεία που επιτρέπουν, για παράδειγμα, τη μετακίνηση επικίνδυνων αντικειμένων (π.χ. ραδιενεργών υλικών). Στη δεύτερη γενιά κατατάσσονται τα ρομπότ που είναι εφοδιασμένα με σταθερό πρόγραμμα δράσης και ρομπότ που λαμβάνουν εντολές από κάποιο σύστημα αριθμητικού ελέγχου. Στην τρίτη γενιά κατατάσσονται ρομπότ που είναι εφοδιασμένα: με αισθητήριες "πληροφορίες" από το περιβάλλον, με διάταξη επεξεργασίας των πληροφοριών και με κινητήριο σύστημα εκτέλεσης εργασιών. Ευρύτατη χρήση ρομπότ γίνεται σε πάρα πολλούς παραγωγικούς τομείς και κυρίως στη βιομηχανία (βιομηχανική ρομποτική), στην ιατρική, την αεροναυπηγική, την αεροδιαστημική κ.ά, γεγονός που έδωσε σημαντική ώθηση στην περαιτέρω ανάπτυξη της βιομηχανίας των ρομπότ, ιδιαίτερα στην Ιαπωνία και τις ΗΠΑ. 16

23 Οι κυριότερες εφαρμογές των βιομηχανικών ρομπότ, μέχρι σήμερα, ήταν οι ηλεκτροσυγκολλήσεις, οι εφαρμογές σε εργασίες πρεσαρίσματος, οι συναρμολογήσεις, οι βαφές με ψεκασμό και η επεξεργασία επιφανειών σε τροφοδοτήσεις εργαλειομηχανών, σε μορφοποιήσεις πλαστικών σε μήτρες κ.ά. Από τα μέσα περίπου της δεκαετίας του 1980 η χρήση των ρομπότ γενικεύτηκε στο πλαίσιο της ανάπτυξης των Ολοκληρωμένων Συστημάτων Παραγωγής (Computer-Integrated Manufacturing), αυτοματοποιημένων και ευέλικτων εργοστασίων, στα οποία οι εργαλειομηχανές μπορούν να επαναπρογραμματίζονται ταχύτατα για την παραγωγή νέων ή διαφοροποιημένων προϊόντων. Πρωτοποριακά εργοστάσια ως προς την ευρύτατη χρήση ρομπότ θεωρούνται το εργοστάσιο της General Motors στο Hamtramck, το Buick City στο Flint του Michigan, το εργοστάσιο της ΙΒΜ στο Lexington κ.ά. Πέρα, όμως, από τη βιομηχανία ευρύτατη χρήση ρομπότ γίνεται και σε μη μεταποιητικές εφαρμογές, όπως, για παράδειγμα, σε πυρηνικούς σταθμούς, υποθαλάσσιες έρευνες, σε ιατρικές εφαρμογές, στην εξόρυξη πετρελαίου κ.λπ. Ρομπότ επίσης με την ευρεία έννοια μπορούν να θεωρηθούν και τα αυτοματοποιημένα διαστημόπλοια (μη επανδρωμένα), που χρησιμοποιούνται για διαστημικές έρευνες, καθώς και ειδικές κατασκευές όπως, για παράδειγμα, η σοβιετική σεληνάκατος Lunokhod-1, η οποία καθοδηγούνταν με ασύρματο από τη Γη. Τέλος, σε πειραματική και όχι εμπορική βάση έχουν κατασκευαστεί οικιακά ρομπότ που καθαρίζουν το σπίτι, σερβίρουν ποτά ή "παίζουν" με τα παιδιά. Η ανάπτυξη του κλάδου της τεχνητής νοημοσύνης (artificial intelligence) κατά τη δεκαετία 17

24 του 1980 άνοιξε ευρύτατες προοπτικές εφαρμογής της στη ρομποτική. Οπως είναι γνωστό, η τεχνητή νοημοσύνη αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα πεδία έρευνας της πληροφορικής και αφορά την κατασκευή συστημάτων αυτοματισμού εφοδιασμένων με ικανότητα μάθησης, δυνατότητα κατανόησης της φυσικής γλώσσας, ικανότητα αξιολόγησης στοιχείων, λήψης αποφάσεων κ.ά. Οι σχετικές έρευνες στον τομέα της ρομποτικής αφορούν την κατασκευή ρομπότ τα οποία πέρα από τις βασικές αισθήσεις, όπως η αφή και η όραση, θα είναι εφοδιασμένα με αντιληπτικές ικανότητες (για παράδειγμα, αντίληψη σχημάτων, μορφών, εικόνων κ.λπ.), με ικανότητα διεξαγωγής λογικών συνειρμών και εξαγωγής συμπερασμάτων, καθώς και με δυνατότητες ανακατανομής δεδομένων ανάλογα με τη χρήση για την οποία ζητούνται και με ικανότητα αυτοδιόρθωσης. Η ανάπτυξη της προηγμένης τεχνολογίας ρομπότ αναμένεται ότι θα βοηθήσει σημαντικά στην επίλυση προβλημάτων και στην ολοκλήρωση εργασιών σε χώ- 18

25 ρους που είναι δύσκολα προσπελάσιμοι για τον άνθρωπο. Ωστόσο εκφράζονται και φόβοι για τη δυσκολία ελέγχου των συστημάτων αυτών, καθώς θα είναι εφοδιασμένα με ικανότητα ανάπτυξης σχετικής αυτονομίας κατά τη λειτουργία τους. 19

26 Φαλάνη Μάιος 2016