Прототип роботов: как Пафнутий Чебышев создал первую стопоходящую машину

Русский изобретатель и математик Пафнутий Чебышев известен в основном своими фундаментальными исследованиями в теории простых чисел и разработкой более сорока различных механизмов, однако главное его изобретение — стопоходящая машина. Сегодня ее считают «прародительницей» современных шагающих роботов. Именно после Всемирной Парижской выставки, где был представлен механизм Чебышева, люди начали говорить об андроидах.

Интерес Чебышева к математике и механике

Пафнутий Чебышев родился в дворянской семье, где с детства его обучали различным наукам. Помимо арифметики, у него также были занятия по французскому языку и музыке. В свободное от учебы время мальчику нравилось часами разбираться в механизмах сломанных игрушек и мастерить что-то новое.

Повзрослев, он уехал в Москву, где стал обучаться у известного математика Платона Погорельского. Мужчина был строгим, но талантливым педагогом — его ученики получали блестящие знания. В это время Пафнутий начал решать сложные математические задачи.

В 16 лет он поступил в Московский университет на факультет высшей математики, где на него обратил внимание профессор механики и прикладной математики Николай Брашман. Уже тогда Пафнутий увлекся проектной геометрией и углубился в механику.

В 20 лет он окончил университет и переехал в Санкт-Петербург, где стал трудиться помощником преподавателей. Уже спустя десять лет он получил звание профессора и основал известную Петербургскую математическую школу.

Математические открытия Пафнутия Чебышева

Одной из тем, которая интересовала Чебышева еще в университете, — была теория чисел. Это раздел математики, который изучает свойства и взаимосвязи чисел. Пафнутий разработал новые методы и идеи, которые сейчас лежат в основе аналитической теории. В 1849 году он защитил докторскую диссертацию по теории сравнений, которая позже была оформлена в книгу. Долгие годы его работа была единственным учебником по этой теме.

Пафнутий был одним из первых, кто написал большой труд по теории вероятностей, где рассказал о таком понятии, как случайная величина. С его фамилией связана не одна математическая теория, из известных, например, гипотеза Чебышева.

Стопоходящая машина

Механика была второй страстью изобретателя. Он всю жизнь собирал различные устройства из дерева и железа. Чебышев стал первым, кто разработал теорию синтеза механизмов. Прежде изобретатели их создавали по наитию, подбирая детали методом проб и ошибок.

Пафнутий Чебышев хотел создать такое устройство, чтобы оно могло шагать. Так, он сконструировал стопоходящую машину, которую представил на Всемирной Парижской выставке в 1878 году.

Для этого сначала он создал шарнирный «лямбда-механизм», который приближал круговое движение к прямолинейному. Дальше Чебышев увидел сходство его динамики с копытом лошади, а потому решил присоединить к нему «ногу со стопой». После к неподвижной оси он добавил еще одну «ногу», а для устойчивости отзеркалил всю конструкцию. Последним этапом было согласование фазы вращения специальными звеньями и соединение всей оси механизма общей платформой.

Конструкция внешне и динамически напоминала скелет лошади, из-за чего ее прозвали «лошадью Чебышева». Она не могла поворачивать и перемещалась только по прямой.

На момент создания в ней не было собственного двигателя, а потому она была больше механизмом, чем машиной. Чтобы привести ее в движение, было необходимо тянуть за веревку или подталкивать сзади, как и поступили на выставке в Париже.

Однако именно стопоходящая машина стала отправной точкой для создания первых роботов. Почти через сто лет Ральф Мозер в General Electric начал разработку ее потомков — машин-гигантов высотой три метра, которых стали использовать в различных отраслях промышленности.

Сейчас шагающих роботов используют для изучения морского дна или для взятия проб в местах техногенных катастроф. В военном деле они выступают саперами или разведчиками. Робототехника также не стоит на месте. Так, Boston Dynamics уже создают роботов-гуманоидов Atlas, умеющих выполнять любые движения, даже те, на которые не способен и сам человек.