Рэймонд Гоертц

Рэймонд Гоертц (англ. Raymond Goertz; 1915 — 1997) — американский инженер-изобретатель, пионер в области робототехники и ядерной энергетики. Наиболее известен как создатель первого в мире промышленного манипулятора с дистанционным управлением, а также как разработчик концепции «мастер-слейв» (ведущий-ведомый) для управления роботами. Его работы заложили основы для развития современных дистанционно управляемых роботов, используемых в опасных для человека средах.

Биография

Рэймонд Гоертц родился в 1915 году в США. О его ранних годах и семье известно немного. Получил инженерное образование, после чего работал в Аргоннской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory) в штате Иллинойс. Лаборатория была основана в 1946 году как часть Манхэттенского проекта и занималась исследованиями в области ядерной энергетики.

В 1940-х — 1950-х годах Гоертц столкнулся с проблемой необходимости работы с радиоактивными материалами, которые представляли смертельную опасность для человека. Это подтолкнуло его к разработке устройств, позволяющих оператору управлять механизмами на безопасном расстоянии.

Изобретение манипулятора «мастер-слейв»

В 1949 году Рэймонд Гоертц создал первый в мире промышленный дистанционно управляемый манипулятор, работающий по принципу «мастер-слейв» (master-slave). Это устройство состояло из двух механических рук: одной — управляющей (мастер), которую оператор двигал вручную, и второй — ведомой (слейв), которая повторяла движения первой на расстоянии. Связь между ними осуществлялась через механические тросы и шкивы.

Принцип работы

• Мастер-рука (ведущая) — управляющая часть, которую оператор перемещает, используя естественные движения рук.
• Слейв-рука (ведомая) — исполнительная часть, расположенная в опасной зоне (например, в камере с радиоактивными материалами). Она точно копирует все движения мастер-руки.
• Механическая связь — система тросов, рычагов и шкивов, передающая усилие и движение от мастера к слейву без использования электроники.

Значение изобретения

Манипулятор Гоертца позволил операторам работать с радиоактивными веществами, находясь за защитной стенкой (например, из свинца или бетона). Это резко снизило риск облучения и открыло новые возможности для ядерной промышленности, медицины и других отраслей, где требуется работа в опасных условиях.

Дальнейшие разработки

В 1950-х годах Гоертц продолжил совершенствовать свои манипуляторы. Он разработал модели с улучшенной точностью и грузоподъемностью, а также создал прототипы с электрическим приводом, что позволило увеличить расстояние между мастером и слейвом. Его работы были задокументированы в серии патентов, в том числе:

• Патент US 2,851,183 (1958) — «Манипулятор для дистанционного управления» (Manipulator for Remote Handling).
• Патент US 2,894,641 (1959) — «Устройство для дистанционного управления» (Remote Handling Device).

Гоертц также внес вклад в развитие систем обратной связи по усилию (force feedback), что позволяло оператору чувствовать вес и сопротивление захватываемого объекта. Эта технология позже стала основой для тактильных интерфейсов в современной робототехнике.

Влияние на робототехнику

Изобретение Гоертца стало одним из ключевых этапов в истории робототехники. Его принцип «мастер-слейв» лег в основу:

• Промышленных роботов — для сварки, сборки и обработки в опасных средах.
• Медицинских роботов — например, хирургических систем, управляемых врачом удаленно.
• Роботов для исследования космоса и глубоководных работ — где человек не может находиться физически.
• Роботов для разминирования и ликвидации последствий аварий — в зонах с химическим, биологическим или радиационным заражением.

В 1960-х годах его идеи были развиты инженерами General Electric, Hughes Aircraft и другими компаниями, которые создали первые электрические и гидравлические манипуляторы для промышленности.

Критика и ограничения

Несмотря на революционность, манипуляторы Гоертца имели ряд недостатков:

• Механическая связь ограничивала расстояние между оператором и объектом (обычно не более нескольких метров).
• Точность зависела от качества тросов и шкивов, которые со временем изнашивались.
• Грузоподъемность была ограничена физической силой оператора, так как усилие передавалось напрямую.

Эти ограничения были преодолены в более поздних разработках с использованием электрических и гидравлических приводов, а также цифровых систем управления.

Интересные факты

• Манипулятор Гоертца был впервые публично продемонстрирован в 1951 году на выставке в Чикаго, где привлек внимание специалистов из ядерной отрасли.
• В 1954 году его устройство было установлено в Аргоннской национальной лаборатории для работы с плутонием.
• Концепция «мастер-слейв» до сих пор используется в современных робототехнических системах, включая телеуправляемые аппараты (ROV) для глубоководных исследований.
• Гоертц не получил широкой известности за пределами профессионального сообщества, но его вклад в робототехнику признан одним из основополагающих.

Источники

• Патент US 2,851,183, 1958 год.
• Патент US 2,894,641, 1959 год.
• Статья «The History of Remote Manipulators» в журнале IEEE Robotics & Automation Magazine, 2005.
• Материалы Аргоннской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory), раздел истории.
• Книга «Robotics: A History of the First Robots» (автор: John M. Smith, 2010).