C 20-годов прошлого века и до тех пор, пока не были созданы первые промышленные роботы, промышленная автоматизация была ограничена поточными линиями для производства массовых простых изделий и станками с числовым программным управлением для более единичных. «Дедушкой промышленных роботов» признан американский изобретатель Джордж Девол (George Devol, 1912–2011). Ранее созданные им машины и механизмы не получали признания, но в 1954 году ему улыбнулась удача: он получил патент на устройство, снабженное рукой-манипулятором и поэтому отличающееся от станков-автоматов большей универсальностью. Для названия этой машины он избрал несуществующее слово Unimate наподобие Kodak, предложенному Джорджем Истманом для своей компании. В патенте он описал Unimate как машину, способную быть использованной в разнообразных циклически повторяющихся приложениях. В первых вариантах управление было незамысловатым, собранным из имевшихся на рынке радиодеталей и вакуумных ламп, но вскоре совместно с изобретателем и предпринимателем Джозефом Энгельбергером (Joseph Engelberger, 1925–2015) Девол организовал компанию Unimation и начал промышленное производство.

Успех Unimation, продававшей свои Unimate тысячами, способствовал возникновению новой отрасли станкостроения. Показательно, что одной из первых купивших лицензию была японская компания Kawasaki, позже ставшая лидером этого направления. Вдохновленные возможностями Unimate рукой заинтересовались теоретики AI, среди них Марвин Минский. В начале 70-х при его участии была создана рука Tentacle (переводится как усик, щупальце), Снабженная видеокамерой и управляемая компьютером Tentacle могла собирать конструкции из детских кубиков, но большого успеха с ней Минский не добился, он быстро остыл к своей руке, тем не менее работа над ней стимулировала его на создание книги «Сообщество Разума» (The Society of Mind,1986).

Виктор Шейнман (Victor Scheinman, 1942–2016) из Стэнфордской лаборатории AI (Stanford Artificial Intelligence Laboratory) начал с нескольких не слишком удачных образцов механических рук (Rancho arm, Orm arm), настоящим достижением стала Stanford Hydraulic Arm, которой управлял большой и весьма дорогой компьютер PDP-6. Две следующие руки Gold arm и Blue arm уже вполне соответствовали потребностям индустрии, в бизнесе Шейнман оказался успешен, он одним из первых стэнфордских аспирантов сумел создать собственную компанию и коммерциализировать свои изобретения. Ему повезло, вовремя подоспели управляющие миникомпьютеры, которые позволяли снабдить руку эффективным, но не слишком дорогим управлением. Для этой цели удачно подошла модель LSI-11 легендарной компании DEC, в отличие от других компьютеров серии PDP, она была построена на 8-ми (!) разрядном процессоре 6502 компании MOS Technology и, разумеется, при его производительности ни о каком AI не могло быть и речи, но ее хватало для нормальной работы на производстве. Наибольший успех выпал на долю семейства роботизированных рук PUMA (Programmable Universal Manipulation Arm), разработанных Шейнманом по заказу Дженерал Моторс. Эта рука выпускалась тысячными тиражами, ее наивысшее достижение – успешная операция с помощью робота PUMA-560 на головном мозге.

На этом, собственно говоря, научная история промышленных роботов заканчивается и начинается индустриальная, ее события в основном развернулись в Японии, ставшей практически монополистом в этом направлении.

Роботы могут быть не только самостоятельными механизмами, но и составными частями системы человек-машина, расширяющими возможности человека – это экзоскелеты, манипуляторы и короботы. Из этих трех категорий раньше других появились экзоскелеты, название переводится как «внешний скелет». Экзоскелеты могут быть активными, то есть исполнительными механизмами снабженными собственным источником энергии, или пассивными, использующими только энергию человека.

Признанным автором первого экзоскелета был российский изобретатель и это тот редкий случай, когда нет нужды бороться за приоритет. Николай Александрович Ягн (1849–1905) назвал его эластипедом. Он родом из чешских немцев, учился в Петровско-Разумовской земледельческой академии, изобрел множество различных устройств, в том числе регулятор для автоматического наполнения парового котла и поддержания в нем уровня воды и даже новый тип подводной лодки. Венец его карьеры эластипед – приспособление для облегчения ходьбы, он представлял собой систему пружин, которые закреплялись на теле человека, автор рассматривал его как средство для скоростного перемещения пехоты. Однако военным трудно было представить скачущих на пружинах пехотинцев, поэтому изобретение осталось на бумаге. Сегодня эта идея реализована в джоли-джамперах – небольших развлекательных ходулях с изогнутой рессорой, позволяющей прыгать на высоту до 2 метров. Современные активные экзоскелеты снабжаются автономными источниками энергии, различными приводами и исполнительными механизмами, усиливающими человеческие конечности и снимающими нагрузку с позвоночника. Их распространению в промышленности и в военном деле мешает нерешенность проблемы источника энергии, надежды связывают с водородными элементами. Кроме полных экзоскелетов, существуют и частичные – это протезы конечностей.

Появление манипуляторов связывают с необходимостью дистанционной работы с радиоактивными материалами: потребовались устройства, воспроизводящие действия человека в изолированном от него помещении. Сначала для этой цели использовались простые механические пантографы, но в конце 40-х в Аргонной лаборатории, которой руководил Энрико Ферми, были разработаны электромеханические манипуляторы с сервоприводами и обратной связью.

Новейшим и наиболее перспективным из трех направлений являются коботы, или коллаборативные роботы (cobots) – это почти автономные роботы, участвующие в трудовом процессе совместно с человеком. Они делят с человеком общее рабочее место, в этом их принципиальное отличие от промышленных роботов, функционирующих по определению в изолированном от человека пространстве. Из соображений безопасности здесь ключевой проблемой является взаимодействие человека с роботом, причем речь идет не о фантазийном, азимовском, а о совершенно реальном. Одно из основных правил – энергия, питающая робота, всегда под контролем человека.

Изобретателями коботов стали профессора Эдвард Колгейт (Edward Colgate) и Майкл Пешкин (Michael Peshkin) из не слишком известного в России Северо-Западного университета (Northwestern University) в Эванстоне, штат Иллинойс. На самом же деле, этот университет в списке 20 лучших университетов мира. Ученые усомнились в сложившемся представлении о роботе, как о чем-то обязательно автономном и в 1997 году получили патент на «устройство и метод прямого физического взаимодействия между человеком и универсальным манипулятором, управляемым компьютером». Это содружество открывает фантастические возможности, коммерциализация коботов произошла практически мгновенно, первые серийные продукты были выпущены уже в 2004 году. Коботы могут облегчить деятельность человека на рутинных операция (логистика, упаковка), обеспечить большую точность и качество в металлообработке, они могут быть включены в системы автоматизации проектирования и производства CAD/CAM и в многое другое. Уже сейчас разрабатывается семейство Cobot-Air которое позволить принципиально изменить процедуры обслуживания самолетов, оно будет включать как колесные машины, так и летающие дроны для обслуживания верхней части фюзеляжа.

Рынок коботов является одним из самых быстрорастущих, в 2020 году он составит примерно 1 млрд долл. и ближайшее десятилетие предполагается ежегодный рост 30–50 %.

До появления нынешних мультимедийных средств казалось, что роботы могут иметь только материальное воплощение для занятия физическим трудом. Но с появлением разнообразных устройств, поддерживающих человеко-машинный интерфейс, с одной стороны, с другой, с возрастанием роли данных в современной экономике, изменилось представление о труде. Умственный труд оказался не менее важен, чем физический и, как следствие, оказалось насущным создание виртуальных роботов для автоматизации такого труда. Виртуальные роботы, не рассматриваются в качестве замены человеческого интеллекта, а как средство для его расширения (Augmented AI, AuI). Это направление роботизации находится на начальном уровне развития, пока самыми распространенными приложениями, относимыми к роботам, остаются речевые технологии (conversation-based technology). В их числе разговорные роботы чатботы (chatbot), речевые агенты (conversational agent) и виртуальные помощники (virtual assistant). В порядке возрастания сложности они могут быть упорядочены: