Aula 01
Introdução à Robótica
Orientações gerais
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Parada obrigatória
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Figura 1
Figura 2
1.1 História e Mitologia
1.1 História e Mitologia
Versão Textual
Olá aluno,
Estamos iniciando a nossa aula 1 e antes mesmo de iniciarmos o estudo a respeito da robótica devemos nos perguntar:
O que é um Robô?
Para que serve um Robô?
Como são construídos os Robôs?
O conceito de Robótica está normalmente associado a computadores e máquinas humanoides, construídas a partir de uma complexa gama de circuitos eletrônicos. No entanto, a ideia inicial presente na robótica está contida até mesmo em muitas das mitologias de antigas civilizações, onde diversos contos e lendas tratam de seres artificiais, inteligentes ou não, criados com ajuda divina com o intuito de interagir ou servir com a humanidade.
Na mitologia grega temos o conto de Cadmus, filho do rei Agenor e irmão mais velho de Europa, Cílix e Fênix. Quando Europa foi raptada por Zeus, o pai ordenou aos três filhos que fossem à sua procura e que não voltassem sem ela. Durante o seu périplo, os irmãos de Europa fundaram várias cidades e por fim acabaram se estabelecendo definitivamente em outras regiões. Fênix se instalou na Fenícia; Cílix, na Cilícia; e Cadmo, na Grécia. Em sua jornada é contado que com a ajuda de Atena, Cadmus fez com que os dentes de um dragão virassem soldados. Ainda na Grécia o conto de Pigmaleão, escultor e rei da ilha de Chipre, narra que ao esculpir a estátua de uma mulher perfeita Pigmaleão acaba se apaixonando por ela. Vendo a paixão de Pigmaleão crescer a deusa Afrodite dá vida à estátua chamando-a de Galatéia.
Para os Romanos, Vulcano seria um deus renegado que costumava forjar raios, joias e aparatos metálicos e mecânicos. Em geral, em sua oficina localizada ás margens de um vulcão, na Ilha de Lemnos, conta a estória que o deus fez para si mesmo servos feitos de metal e alguns até mesmo inteligentes.
Dentro da cultura hebraica podemos citar a narrativa de Golem, um ser mítico artificial. A mais famosa dentre estas narrativas envolve o rabino Judá LoewbenBetzalel, de Praga, que durante o século XVI teria criado um Golem para defender o gueto de Josefov em Praga contra ataques antissemitas.
Derivado então destes conceitos, o primeiro relato histórico ligado à ideia de robótica remonta a 350 A.C. através do matemático grego Archytas de Tarentum, que propusera um conceito para uma ave mecânica com propulsão a vapor. Outro conceito grego veio por meio de um matemático e engenheiro chamado Ctesibius e que viveu entre 285-222 a.C em Alexandria. Ctesibius arquitetou uma série de aparelhos robóticos dentre os quais o mais famoso destes foi a clepsidra ou relógio de água, o qual se constitui um dos primeiros sistemas criados pelo homem para medir o tempo.
Há também relatos sobre Heron de Alexandria, geômetra e engenheiro grego contemporâneo a Cristo e aos apóstolos. Heron construiu diversas invenções na área da automação, entre as quais está a primeira máquina de vender bebidas da história, na qual a pessoa colocava uma moeda e recebia um jato de água. Também construiu um autômato que possuía autonomia para andar para frente e para traz, movido por engrenagens em um sistema que utilizava a energia cinética de grãos de trigo que caíam de um recipiente no topo do autômato. Criou também o conceito do que podemos considerar a primeira máquina a vapor documentada na história.
Na Itália, Leonardo da Vinci (1452 – 1519) projetou em detalhes um cavaleiro mecânico. Estes desenhos ficaram perdidos por muitos anos e foram reencontrados nos anos 1950. O projeto era baseado na sua investigação anatômica que o levou a desenhar o famoso Homem Vitruviano.
Até o momento todos estes projetos e conceitos históricos ainda não tinham produzido verdadeiramente algo que pudesse ser relacionado de forma mais direta com a robótica. No entanto, em 1738 o artista e inventor francês Jacques Vaucanson (1709 – 1782) projetou e construiu o que pode ser considerado como o primeiro modelo funcional desta vertente de ideias. Vaucanson havia criado um humanoide que tocava flauta de forma autônoma.
Posteriormente foi construída uma espécie de pato mecânico, capaz até mesmo de alimentar – se sozinho.
Neste ponto, o avanço do conhecimento somado à exposição destes primeiros sistemas junto a sociedades resultou em previsões a respeito do potencial uso das criaturas mecânicas como força de trabalho. Desta forma, obras literárias passaram a exercer um papel de vanguarda. Diversas obras foram dedicadas ao conceito de autômatos, as quais, em sua grande maioria, refletiam o medo dos seres humanos de serem substituídos por suas próprias criações.
É neste momento que surge pela primeira vez o termo Robô. Sua origem vem do idioma checo:
robota = “Trabalhos forçados”
Foi criado pelo escritor Karel Capek (1890-1938). Capek escreveu em 1921 um romance chamado “R. U. R – Robôs Universais de Rossuum”. No romance o autor fala da desumanização do homem por meio da tecnologia. Na história as máquinas eram movidas através de meios químicos e acabavam por se tornar muito inteligentes e por dominar o mundo.
Versão Textual
Mais tarde o termo robô começou a ser adotado para significar um “mecanismo automático que realiza trabalhos e movimentos humanos/humanoides”. Desta forma, o sentido figurativo da palavra pode ser referido à pessoa/algo que executa ações sem pensar ou mesmo que trabalha ou age de forma “automática”.
Além do próprio Karel Capek, criador do termo Robô, podemos citar como marcos a obra Frankenstein (1818), de Mary Shelley, que muitas vezes é considerado o primeiro romance de ficção científica, e que se tornou sinônimo deste tema. E já em forma de película o filme de Fritz Lang em 1927. Metrópoles trata-se de um filme alemão de ficção científica, no qual demonstra-se uma preocupação crítica com a mecanização da vida industrial nos grandes centros urbanos.
Ainda no campo da ficção científica, Isaac Asimov (1920-1992), na década de 1940 em diante, lança mais de 500 publicações com temáticas em torno de robôs. No entanto, forma contrária a esta onda de obras de ficção científica que pregavam o medo e a incerteza quanto à inserção de robôs na sociedade, Asimov aponta uma visão diferente da que era pregada anteriormente. Na concepção de Asimov, robôs ajudam o humano em tarefas, protegendo-o contra o mal. O autor lança a trilogia de livros “A Fundação” e vários outros contos em que a robótica se faz presente. O termo “Robótica” foi criado em 1941, em uma obra de Asimov intitulada “Runaround”. Nela o termo pela primeira vez foi utilizado como sendo o estudo e o uso de robôs. Termo este mais tarde adotado pela comunidade científica.
Mais tarde (1950) “Runaround” foi compilada em um livro chamado “Eu Robô” onde temos a primeira apresentação das “Três Leis da Robótica” de Asimov. O objetivo das leis, programadas no cérebro positrónico dos robôs, seria proteger os humanos de qualquer possível dano causado pelas máquinas inteligentes.
Versão Textual
Leis da Robótica de Asimov
1) Um robô não pode fazer mal a um ser humano nem, por inação, permitir que algum mal lhe aconteça.
2) Um robô deve obedecer às ordens dos seres humanos, exceto quando estas contrariarem a primeira lei.
3) Um robô deve proteger sua integridade física, exceto quando isto contrariar a primeira ou a segunda lei.
Parada Obrigátoria
As Leis da Robótica de Asimov são uma excelente forma de discutir o tema da Ética e Moralidade junto ao desenvolvimento científico, pois mesmo seguindo literalmente um grupo de normas artificialmente criadas, o comportamento resultante poucas vezes é o esperado, e está sempre sujeito a interpretações conceituais relativas. Através do Chat levante hipótese e discuta que tipos de conflitos podem haver dentro das três leis da robótica de Asimov.
1.2 Desenvolvimento Tecnológico da Robótica
1.2 Desenvolvimento Tecnológico da Robótica
Enquanto que na ficção a robótica já explorava vários temas e vertentes a execução do conceito prático de robótica como conhecemos hoje só veio a ser concretizado com a criação dos primeiros robôs industriais fabricados. Isso ocorre na década de 1950 com Joseph F. Engelberger (1925), engenheiro e empresário, considerado o "pai da robótica industrial”, foi o primeiro a concretizar um robô industrial – Unimate.
O Unimate foi utilizado pela General Motors, passando a trabalhar na linha de montagem em Nova Jersey, em 1961. A partir de então, dissemina-se a robótica industrial como mecanismo capaz de proporcionar às indústrias o aumento da produtividade e melhorar a qualidade dos produtos, possibilitando a redução de custos com mão de obra.
A partir da robótica Industrial podemos citar outro personagem muito importante no avanço da Robótica. O cientista americano Norbert Wiener (1894-1964). O prof. Wiener era um matemático e foi por muitos anos Professor de matemática e de engenharia do famoso M.I.T. (Massachusetts Instituteof Technology) nos Estados Unidos. Ele criou em 1948 o termo “cibernético”, bastante usado nos anos 60, derivado do termo grego “kubernetes”, que significa “aquele que pilota o barco”, ou seja, aquele que corrige constantemente o rumo do navio para compensar as influências do vento e do movimento da água.
Versão Textual
Cibernética era muito mais que a Robótica. Cibernética englobava também controle de sistemas, comunicações, programação e informática. Surgiu então o termo “bit” (de “binarydigit”), isto é, dígito binário. O Prof. Wiener descreve uma nova maneira de ver o mundo, baseado na sua investigação sobre as formas que a informação é transmitida e processada. Estes são os conceitos que até hoje conectam o conceito da robótica aos sistemas eletrônicos, computadores e etc.
No entanto, a união destes conceitos só foi possível devido a uma teoria surgida muito antes da eletrônica, da computação ou da robótica. Em 1854, uma publicação chamada “Uma Investigação das Leis do Pensamento”, o matemático George Boole (1815– 1864) propôs os conceitos fundamentais do que se tornaria posteriormente a álgebra booleana, fundamental para o desenvolvimento da computação moderna. O parágrafo inicial de um de seus textos nos dá uma ideia do seu estilo e extensão do seu trabalho:
“O motivo do presente tratado é investigar as leis fundamentais do funcionamento do cérebro através das quais o raciocínio se realiza; expressá-las através da linguagem do cálculo e, sobre este fundamento, estruturar a ciência da lógica e construir o seu método; fazer deste método a base de todos os métodos para aplicação da doutrina matemática de probabilidades; e, finalmente, recolher dos vários elementos verdadeiros trazidos para serem examinados no curso destas investigações alguma provável sugestão a respeito da natureza e constituição da mente humana”
Desta forma, Boole forneceu os pilares que permitiram converter o raciocínio lógico em uma forma algébrica fácil e simples. Hoje quase todas as linguagens de programação tem um tipo lógico chamado bool, como referência ao seu nome, que pode conter os valores 1 (Verdadeiro) ou 0 (Falso).
No entanto estes conceitos tiveram de esperar até a primeira metade do século XX para conseguir ampla aplicação junto à eletrônica. As válvulas eletrônicas de vácuo foram os dispositivos que alavancaram a aplicação da eletrônica para a criação de aparelhos elétricos e eletrônicos desde rádios, televisores, telefones, até nos primeiros computadores eletrônicos.
Versão Textual
As válvulas tratam-se basicamente de “chaves” controladas de forma eletrônica. Desta forma, pode-se “controlar” o estado da chave fornecendo a definição básica da variável booleana.
Ligado – 1
Desligado – 0
Porém estas válvulas eletrônicas de vácuo apresentavam grandes problemas:
| • Aqueciam em demasiado; |
| • Consumiam muita energia; |
| • Eram lentas para algumas aplicações; |
| • Queimavam com frequência. |
Então, na década de 1950 surge a tecnologia dos transístores para substituir as válvulas. Baseado no princípio da dopagem de materiais semicondutores, os transistores eram pequenos e vieram substituir estas válvulas eletrônicas de vácuo.
Entretanto os transístores não eram ainda suficientemente pequenos. Havia um limite de quão pequeno se poderia fazer um transístor, pois eles tinham que ser conectados com fios a outros componentes eletrônicos do circuito.
Como solução surgiram então os circuitos integrados em 1958.Baseado no conceito de integração total de um circuito em uma única pastilha os circuitos integrados deram origem ao conceito de “Chip”.
Desta forma, a velocidade “destas chaves” aumentou drasticamente com a introdução dos circuitos integrados. Além disso os circuitos tiveram seu tamanho reduzido.
Foi então que em 1970 a INTEL Corporation lançou no mercado um tipo novo de circuito integrado particularmente especial. O 4004, originalmente encomendado para se construir calculadoras de uma empresa japonesa, foi considerado o primeiro microprocessador.
Versão Textual
Estes chips concentravam todos os componentes principais necessários para o controle e funcionamento de um computador:
• Unidade Lógica Aritmética
• Controle de barramentos de memória
• Controle de Entradas e Saídas
A partir de então torna-se possível os microcomputadores. Através de Empresas como a Microsoft, em 1975, a Digital Research Incorporation, em 1976 e a Apple em 1977 surgiram essas máquinas que conhecemos, menores e mais baratas. Assim os usuários individuais também começaram a ter acesso aos computadores. Começa então a era dos PC’s. Este termo surgiu em 1981 com o IBM-PC (IBM Personal Computer). E em 1984 a Apple introduziu o Macintosh marcando de forma permanente este segmento.
A redução dos custos de produção e do volume dos componentes permitiu a aplicação destes computadores nos chamados sistemas embarcados. Hoje se tem sistemas embarcados que controlam desde sistemas mais simples até os mais complexos:
| • máquinas de lavar; |
| • forno micro-ondas; |
| • Telefones; |
| • Aeronaves; |
| • embarcações; |
| • automóveis; |
| • robôs (industriais e não industriais). |
E é desta forma que a Robótica atual tem sua concepção tão fortemente associada aos computadores, processadores e à eletrônica. Dentro deste contexto, podemos ainda classificar os robôs de acordo com suas gerações tecnológicas:
Parada obrigatória
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