Robot από τον Τάλω στα σύγχρονα προγραμματιζόμενα Robot Κωνσταντίνου Ηλίας Τμήμα Γ 1 Επιβλέπων εκπαιδευτικός: Κωνσταντίνος Παρασκευόπουλος Περίληψη H Ρομποτική (Robotics) είναι κλάδος της τεχνολογίας που ασχολείται με τη σχεδίαση, την ανάπτυξη και τη μελέτη ρομπότ. Η επιστήμη της Ρομποτικής αποτελεί συνδυασμό πολλών άλλων επιστημών, κυρίως δε της πληροφορικής, της ηλεκτρονικής και της μηχανολογίας. Η λέξη ρομπότ (Robot) προέρχεται από το Σλαβικό robota που σημαίνει εργασία. Τα ρομπότ είναι αυτόματες μηχανές με προγραμματισμένη συμπεριφορά, η χρήση των οποίων αποσκοπεί στην αντικατάσταση του ανθρώπου στην εκτέλεση έργου, τόσο σε φυσικό επίπεδο όσο και σε επίπεδο λήψης αποφάσεων. Η ρομποτική επιστήμη έχει κάνει άλματα προόδου και έχει προσφέρει αρκετά τεχνολογικά θαύματα. Τα ρομποτικά συστήματα συνεχώς εξελίσσονται και είναι ήδη μέρος της ζωής μας σε πολλούς τομείς όπως στη βιομηχανία, την ιατρική, τη διασκέδαση και την προσωπική βοήθεια. Κάνουν σχεδόν τα πάντα! Καθαρίζουν, σερβίρουν, χειρουργούν, σκουπίζουν, κατασκευάζουν αυτοκίνητα, παίζουν μουσική και πολλά άλλα. Λέξεις κλειδιά: ρομπότ, τεχνολογία, μηχανή, προγραμματιζόμενη συμπεριφορά Κεφάλαιο 2 Τα ρομπότ είναι μηχανές με τεχνητή ευφυΐα, που λειτουργούν αυτόματα και αυτόνομα, αφού προγραμματιστούν από κάποιον ειδικό. Εκτελούν εργασίες που είναι δύσκολες για τον άνθρωπο ή κουραστικές. Λόγω του ότι τα ρομπότ είναι ακούραστα, μπορούν να δουλεύουν αδιάκοπα και να έχουν μεγάλη παραγωγή. Ο άνθρωπος οδηγήθηκε στην κατασκευή ρομπότ, κυρίως για να κάνει τις εργασίες του πιο εύκολα, γρήγορα και αποτελεσματικά. Ο άνθρωπος εξελίσσει τα ρομπότ για να αποδίδουν καλύτερα σε αυτό που πρέπει να κάνουν. Με τον καιρό τα ρομπότ γίνονται μικρότερα και αποκτούν περισσότερες λειτουργίες και το εύρος των εφαρμογών τους γίνεται ολοένα και μεγαλύτερο. Μια από τις σημαντικότερες εφαρμογές τους είναι στην Ιατρική επιστήμη και
ιδιαίτερα στη χειρουργική, όπου χρόνο με το χρόνο μέσα από την έρευνα ανακαλύπτονται νέες μέθοδοι και τεχνικές χρησιμοποίησής τους. Κεφάλαιο 3 ΡΟΜΠΟΤ: Da Vinci Το ρομποτικό σύστημα Da Vinci δημιουργήθηκε από την εταιρία Intuitive Surgical το 1995. Αποτελεί το πρώτο και μοναδικό αυτή τη στιγμή στον κόσμο σύστημα ρομποτικής χειρουργικής που πραγματοποιεί εγχειρήσεις με την ελάχιστα δυνατή επέμβαση στον οργανισμό του ασθενούς. Κατά τη χρήση του, ο χειρουργός κάθεται σε μια κονσόλα μέσα στην χειρουργική αίθουσα και από εκεί χειρίζεται τα χειρουργικά εργαλεία του ρομπότ. Τα εργαλεία εισάγονται μέσα από μικροτομές, λίγων χιλιοστών, στο σώμα του ασθενούς. Στη συνέχεια ο χειρουργός έχοντας στην κονσόλα τρισδιάστατη εικόνα κινεί με ειδικά χειριστήρια τους 4 βραχίονες του ρομπότ. Κάθε βραχίονας είναι συνδεδεμένος με ένα χειρουργικό εργαλείο και στον κεντρικό βραχίονα υπάρχει κάμερα. Ο χειρούργος μπορεί να λυγίζει και να γυρίζει τους βραχίονες, όπως τον καρπό του ανθρώπινου χεριού. To Da Vinci διαθέτει ένα σύστημα φακών τρισδιάστατης απεικόνισης, το οποίο μεγεθύνει το χειρουργικό πεδίο μέχρι 15 φορές. Επίσης μέσω της κάμερας επιτρέπει στον χειρουργό να πλησιάσει πιο κοντά στο σημείο της επέμβασης από ότι επιτρέπει η ανθρώπινη όραση και έτσι να εργαστεί σε μικρότερη κλίμακα από ότι επιτρέπει η συμβατική χειρουργική. Οι εικόνες από τη φωτογραφική μηχανή επιδεικνύονται έπειτα στην κονσόλα που δίνει στο χειρουργό μια σαφή άποψη της χειρουργικής περιοχής. Το ρομποτικό χειρουργικό σύστημα Da Vinci επιτρέπει στους χειρουργούς να πραγματοποιούν χειρουργικές επεμβάσεις από απόσταση, και χωρίς να έρχονται σε επαφή οι ίδιοι με τον ασθενή, μέσα από μικρές οπές εισόδου 2,5-3cm στο σώμα του ασθενούς, παρέχοντας ταυτόχρονα την ευελιξία των ανοιχτών χειρουργικών επεμβάσεων και διασφαλίζοντας αυξημένα ποσοστά επιτυχίας και σημαντικά οφέλη τόσο για τον ασθενή όσο και για τον χειρουργό. Οι εγχειρήσεις καρδιάς δεν απαιτούν πια ανθρώπινα χέρια για να πραγματοποιηθούν. Ο χειρουργός-ρομπότ διαθέτει 4 βραχίονες, οι οποίοι καθοδηγούνται προς την καρδιά μέσω
ισάριθμων μικροσκοπικών οπών που έχουν διανοιχτεί στα τοιχώματα της θωρακικής κοιλότητας. Ο ειδικός τους χρησιμοποιεί προκειμένου να χειριστεί τα χειρουργικά εργαλεία, καθένα από τα οποία έχει μήκος μόνο λίγων χιλιοστών. Όπως συμβαίνει και με τη συμβατική επέμβαση, ο χειρουργός λαμβάνει ένα αιμοφόρο αγγείο από τα θωρακικά τοιχώματα, το οποίο και χρησιμοποιεί ως μόσχευμα προκειμένου να παρακάμψουμε τη μπλοκαρισμένη αρτηρία της καρδιάς. Η διαδικασία που διαρκεί περίπου 3 ½ ώρες, περνά από διαφορετικά στάδια καθώς ο κάθε βραχίονας επιτελεί και διαφορετικό έργο. Ένας από αυτούς διαθέτει κάμερα η οποία στέλνει σε οθόνη που βρίσκεται μπροστά στον χειρουργό ευκρινείς τρισδιάστατες εικόνες της καρδιάς οι οποίες έχουν μεγεθυνθεί 12-15 φορές. Ένας άλλος βραχίονας φέρει επάνω του ειδική συσκευή που ακινητοποιεί την πληγείσα αρτηρία κατά τη διάρκεια του by-pass, ενώ οι άλλοι δυο είναι εκείνοι που χειρίζονται τα εργαλεία τα οποία πραγματοποιούν την επέμβαση. Το χειρουργικό σύστημα Da Vinci, το οποίο χρησιμοποιείται εδώ και καιρό στο εξωτερικό για διενέργεια άλλου είδους επεμβάσεων, παρουσιάζει ένα μεγάλο πλεονέκτημα που το κάνει να ολοκληρώνει το έργο του με ακρίβεια, διαθέτει άκρως ευέλικτους καρπούς, όπως αυτοί του ανθρώπου, οι οποίοι επιτρέπουν πλήρη περιστροφική κίνηση. Το σημαντικό πλεονέκτημα της ενδοσκοπικής αυτής επέμβασης είναι ότι αποφεύγεται η διάνοιξη του θώρακα προκειμένου ο γιατρός να αποκτήσει πρόσβαση στον καρδιακό μυ. Γεγονός που μεταφράζεται σε πολύ λιγότερους τραυματισμούς, άρα πολύ λιγότερο πόνο, φανερά μειωμένο κίνδυνο εμφάνισης επιπλοκών καθώς και μικρότερο χρονικό διάστημα νοσηλείας. Ρομποτικό σύτημα Da Vinci
Βραχίονας ρομποτικού συστήματος Da Vinci Βραχίονας ρομποτικού συστήματος Da Vinci
Χειριστήριο ρομποτικού συστήματος Da Vinci Κεφάλαιο 4 Οι σύγχρονοι ρομποτικοί μηχανισμοί κατάγονται από δύο σαφώς διακεκριμένους και εξελικτικούς κλάδους αφ' ενός, τα πρώιμα αυτόματα, που ουσιαστικά δεν ήταν παρά μηχανικά παιχνίδια, και, αφ' ετέρου, την εισαγωγή αλλεπάλληλων βελτιώσεων και νεωτερισμών στην εξέλιξη τού βιομηχανικού εξοπλισμού. Ο αρχαιότερος πιθανότατα πρόγονος των βιομηχανικών ρομποτικών συσκευών είναι η κλεψύδρα, υδραυλικό ωρολόγιο που αποτέλεσε βελτίωση τού παλαιότερου τύπου με άμμο, καθώς εκμεταλλευόταν την αρχή λειτουργίας τού σίφωνα για να ανακυκλώνεται αυτομάτως' αναφέρεται ότι ωρολόγιο αυτού τού τύπου κατασκεύασε ο Κτησίβιος ο Αλεξανδρεύς περί το 250 π.χ. Τον Μεσαίωνα εφευρέθηκαν ωρολόγια κινούμενα δι' αντίβαρων, με χρονομετρική ρύθμιση μέσω εκκρεμούς το ωρολόγιο με μηχανισμό ελατηρίου εμφανίστηκε μόλις τον 18ο αιώνα, οπότε σημειώθηκε και η εμφάνιση βασικών, χαμηλού επιπέδου αυτόματων μηχανών στην κλωστοϋφαντουργία. Από την άποψη τού αυτοματισμού και της ρομποτικής, η σημαντικότερη εξέλιξη της Βιομηχανικής Επανάστασης υπήρξε ο κυβερνώμενος μέσω
διάτρητης χαρτοταινίας αργαλειός Ζακάρ, εφαρμογή μιας ιδέας, η πλήρης εκμετάλλευση της οποίας όφειλε ακόμη να αν μείνει πολλά περαιτέρω στάδια τεχνολογίας προόδου. Η Βιομηχανική Επανάσταση υποκίνησε την εφεύρεση ρομποτικών συσκευών προς τελειοποίηση της ίδιας της παραγωγής ενέργειας. Η ατμομηχανή ενέπνευσε τον ρυθμιστή (που ενεργοποιείται από στρεφόμενα βάρη), ο οποίος, όταν επιβραδυνόταν υπό την επίδραση τού φορτίου, προκαλούσε αύξηση της παροχής ατμού προς την μηχανή, ενώ, όταν το φορτίο μειωνόταν, την περιόριζε. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης τού 19ου αιώνα εισήγαγε τον νεωτερισμό της ανακύκλωσης, υπό την μορφή εμβόλων που αναλάμβαναν την αρχική τους θέση μετά από κάθε λειτουργικό κύκλο. Στα τέλη τού 19ου προς τις αρχές τού 20ού αιώνα σημειώθηκε ταχύτατη αύξηση τού πλήθους των μηχανοκίνητων συσκευών σε βιομηχανικές διεργασίες. Αυτές οι μηχανές απαιτούσαν αρχικά άνθρωπο για την διευθέτηση τόσο τού προς κατεργασία αντικειμένου όσο και της μηχανής, αργότερα μόνο τού αντικειμένου και ακόμη αργότερα, στα μέσα τού 20ού αιώνα. δεν απαιτούσαν καμιά υπηρέτηση. Ακολούθησαν μηχανές αυτόματης επανάληψης λειτουργικών κύκλων (αυτόματα πλυντήρια), μηχανές αυτόματης μέτρησης και ρύθμισης (εξοπλισμός ανάμιξης υφαντουργικών βαφών) και μηχανές με κάποιον βαθμό αυτοπρογραμματισμού (αυτόματοι ανελκυστήρες), που διάνοιξαν την προοπτική μηχανικών συσκευών ικανών, θεωρητικώς τουλάχιστον, για ημινοήμονα αλληλεπιδραστική λειτουργία. Ο συγκερασμός της ανάπτυξης αυτοματικών μηχανισμών με την πρόοδο τού αυτοματισμού και της κυβερνητικής άρχισε να προσλαμβάνει μορφή στις δεκαετίες τού 1950 και 1960. Μια από τις κατευθύνσεις της εξέλιξης αντιπροσωπεύεται από το συνθετικό ρομπότ, πρόγραμμα υπολογιστή που προσομοιώνει τον άνθρωπο. Παράδειγμα αυτού τού είδους αποτέλεσε ο Sammie, που δημιουργήθηκε στο Πανεπιστήμιο τού Νόττινχαμ στην Αγγλία και παρουσιάστηκε σε οθόνη τηλεοράσεως. Ο Sammie είχε σχεδιαστεί για να αναπαριστάνει την ανθρώπινη συμπεριφορά σε διάφορα περιβάλλοντα, όπως, π.χ., στο πιλοτήριο ενός αεροσκάφους. Άλλος τύπος έρευνας αφορούσε στην κατασκευή πειραματικών αυτομάτων, όπως το μηχανικό άλογο που κατασκευάστηκε από εργαστηριακή ομάδα στο εργοστάσιο της Τζενερα Ελέκτρικ, στο Σενέκταντυ της Νέας Υόρκης, το οποίο μπορούσε να ιππευτεί επί ανωμάλου εδάφους με ταχύτητα 48 χλμ/ώρα, και το ανδροειδές που κατασκευάστηκε στο Τεχνολογικό Ίδρυμα Μασαχουσέτης, το οποίο μπορούσε να προγραμματιστεί για να βαδίσει κατά μήκος διαδρόμου, να εισέλθει σε δωμάτιο, να διευθετήσει έπιπλα έτσι ώστε να διευκολυνθεί η ανάληψη ενός βιβλίου και να επιστρέψει στο σημείο αφετηρίας του.
Ρομπότ σε βιομηχανία Ιπτάμενο ρομπότ
Κεφάλαιο 5 Τα ρομπότ εξελίσσονται συνεχώς. Έτσι, εμείς είμαστε ολοένα και περισσότερο ωφελούμενοι από τη χρήση τους. Τα ρομπότ συμβάλλουν στην εξέλιξη σε πολλούς τομείς, όπως, στη βιομηχανία και την ιατρική. Τα ρομπότ στη βιομηχανία εκτελούν εργασίες γρήγορα και αποτελεσματικά. Η κύρια αιτία που προτιμούνται είναι γιατί μπορούν να επαναλάβουν μια εργασία γρήγορα, και συνεχώς, χωρίς να κουράζονται, με αποτέλεσμα να έχουμε αυξημένη μαζική παραγωγή, με μικρό κόστος. Στην ιατρική τα ρομπότ χρησιμοποιούνται για να μπορέσουν οι γιατροί να εξετάσουν αλλά και να εγχειρήσουν με ακρίβεια και πιο ξεκούραστα. Με την χρήση τους αυξήθηκε το ποσοστό επιτυχίας των επεμβάσεων, μειώθηκε ο πόνος και ο αριθμός των επιπλοκών που μπορεί να εμφανίσει ένας ασθενής, καθώς και ο χρόνος νοσηλείας του. Μεγάλη είναι και η συμβολή τους στα διαστημικά προγράμματα, στρατιωτικές εφαρμογές κ.α. Όπως συμβαίνει συνήθως από την χρήσης μιας νέας τεχνολογίας προκύπτουν και κάποιες αρνητικές επιπτώσεις. Τα ρομπότ έχουν υψηλό κόστος κατασκευής, με αποτέλεσμα να μην μπορεί να γίνει ευρεία χρήση τους. Έτσι, ελάχιστοι άνθρωποι μπορούν να έχουν πρόσβαση στις υπηρεσίες που μπορούν να προσφέρουν. Απαιτούν εξειδικευμένο ιατρικό προσωπικό, στην χώρα μας ελάχιστοι επιστήμονες είναι επαρκώς καταρτισμένοι στον τομέα της ρομποτικής χειρουργικής. Η ευρεία εφαρμογή τους στη βιομηχανία οδηγεί στην απώλεια μεγάλου αριθμού θέσεων εργασίας, με αποτέλεσμα οι πολίτες να μένουν άνεργοι. Προκειμένου να επιτελέσουν τις εργασίες τους, τα ρομπότ καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας, επιβαρύνοντας έμμεσα το περιβάλλον. Είναι αναγκαίο μέσα από έρευνα, να ανακαλυφθούν νέες τεχνολογίες που θα μειώσουν το κόστος παραγωγής και χρήσης αυτού του τεχνολογικού θαύματος, ώστε μεγαλύτερες ομάδες πληθυσμών να μπορέσουν στο μέλλον να αποκτήσουν πρόσβαση στις υπηρεσίες του.
Βιβλιογραφία http://www.teiser.gr/icd/staff/fasoulas/parousiasi_rombotiki_xeirourgiki.pdf http://eprints.teikoz.gr/25/1/bs4_2003.pdf http://www.pemptousia.gr/2012/02/29061/