И. Артоболевский - Знакомьтесь - роботы!

• Название: Знакомьтесь - роботы!
• Автор: И. Артоболевский
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Детская образовательная литература
• Год: 1979

В книге рассказано о зарождении и развитии одного из важнейших направлений автоматизации, связанного с появлением нового класса машин — роботов которые моделируют двигательные функции человека.

---

Пока, как видим, задача выглядит очень скромно. Но даже и в этом случае процедура распознавания на этом не заканчивается. Ведь надо выделить то, что "знакомо" роботу, то, что он может "распознать". Информация, воспринятая из внешнего мира и обработанная по тому или иному способу, должна быть сопоставлена с информацией, которая служит роботу в качестве эталона "знакомого" объекта. Чтобы правильно взаимодействовать с внешним миром, роботу нужно задать этот эталон; нужно сформировать "внутренний мир" робота, сформулировать правила и критерии сопоставления, которыми он должен пользоваться для оценки собираемой информации.

В системе МТИ сведения об особых свойствах распознаваемых объектов (резко меняющейся освещенность) и их характеристиках заранее вводятся в машину, образуя ее внутренний мир. Тогда, сопоставляя особенности освещенности объектов на телеэкране с некоторыми наперед заданными признаками объекта, машина распознает кубики, фиксирует их положение и ориентацию — разбирается в обстановке и может действовать "с открытыми глазами" — не искать кубики, а, почти как человек, брать их и складывать в коробку или строить из них сооружение, то есть делать с ними то, что оговорено программой.

Сплошным потоком по цепям внутренних обратных связей от органов "осязания" и "очувствления", расположенных на захвате руки, и органов зрения в ЭВМ течет информация. В соответствии с этой информацией и с указаниями программы ЭВМ строит движения руки и дозирует развиваемые ею усилия. Так сходство действий робота с действиями живого организма получило дальнейшее развитие. Поэтому мы и сочли возможным отнести этот робот к следующему, третьему поколению.

Но почему робота? Пока это только рука! А где туловище, к которому можно присоединить такие руки?

Первый диалог с роботом

Американская программа робототехники наряду с другими включает исследования, проводимые в Стэнфордском институте под руководством математика Дж. Маккарти. Там разработана и изучается управляемая электронной вычислительной машиной модель, которая представляет собой тележку, снабженную колесным ходом с независимым электроприводом на каждое колесо. Авторы этой разработки оставили в стороне вопросы, связанные с конструкцией опорно-двигательного аппарата, с его проходимостью и т. п. Центральная задача состояла в том, чтобы создать систему, обладающую высокими информационными возможностями, достаточными для обеспечения ее автономного передвижения. С этой целью она снабжена четырьмя каналами, по которым собирает информацию из внешнего мира.

1. Органы осязания. Они представляют собой набор гибких проволок "кошачьих усов", — укрепленных на корпусе тележки и работающих в двоичном коде.

При соприкосновении усов с посторонними объектами сигналы об этом поступают одновременно к тормозным устройствам тележки, вызывая ее остановку, и в ЭВМ.

Остановка тележки при соприкосновении с посторонним объектом происходит как бы рефлекторно. Однако ЭВМ, получающая одновременно информацию о том, с какой стороны расположено ожидаемое препятствие, может подавить это рефлекторное действие и заставить тележку двигаться дальше или изменить направление движения. Примерно той же цели служит буферное устройство, которое снабжено датчиками, измеряющими силу взаимодействия тележки с препятствиями.

2. Чувство дистанции. Тележка снабжена дальномером, посредством которого ЭВМ определяет расстояние до препятствия или стен помещения. Дальномер расположен на специальной подвижной консоли, имеющей две степени свободы — она может автоматически подниматься или опускаться и поворачиваться вокруг вертикальной оси. Обзор обстановки производится периодически, по команде ЭВМ, путем перемещения дальномерной головки. Информация об измеренных расстояниях поступает в ЭВМ, которая, используя ее, строит грубую картину пространства, окружающего тележку.

3. Зрение и распознавание. На той же консоли, на которой установлен дальномер, расположена и телекамера. Собираемая ею информация обрабатывается по тому же способу, что и в системе зрения робота МТИ. Тележка, как и манипулятор, взаимодействует с объектами простых форм типа кубов, система ее зрения по прежнему выделяет из даваемого телекамерой изображения зоны с резкими переходами освещенности. О такой системе распознавания образов уже говорилось.

4. Чувство ориентации. Оно обеспечивается специальной навигационной системой. По существу, это система отсчета пройденного пути. Некоторая точка пола помещения, в пределах которого движется тележка, выбрана за начальную. От этой точки ведется непрерывный отсчет поворотов двух ведущих колес, по этим данным вычисляется положение и направление движения тележки. Кроме того, чтобы исключить влияние проскальзывания колес относительно пола, на последнем имеются дополнительные отметки для ориентирования.

Привод колес, как и привод консоли, несущей телекамеру и дальномер, осуществляется электродвигателями, получающими команды от ЭВМ. Тележка связана системой радиосвязи с ЭВМ, и пультом, где формируются программы. Команды на движение и на сбор информации вырабатывает ЭВМ в соответствии с программой "текущих действий". В свою очередь, эта программа приводится в действие программами более высокого уровня, которые задаются в ЭВМ оператором, печатающим свои указания в специальном коде на телетайпе пишущей машинке особой конструкции, установленной на посту управления.

В течение нескольких лет в Стэнфорде ведутся эксперименты с этим пока еще безруким роботом. С окружающим миром он взаимодействует только своим буфером, но и этого оказалось достаточно, чтобы продемонстрировать недюжинные "интеллектуальные" способности стэнфордского робота — еще одного представителя третьего поколения.

Поначалу задачи, которые перед ним ставились, сводились к обследованию незнакомой территории: ее обходу, осмотру, распознаванию обстановки, запоминанию ситуации. Затем исследователи добились того, что робот находил и своим буфером сдвигал кубы в заданное место. После реализации ряда подобных программ был проведен новый эксперимент, в процессе которого робот выполнил задание несравненно более трудное, чем сбор кубиков. Он "самостоятельно" решал, должен ли он или не должен использовать для выполнения поставленной задачи специальное орудие труда.

Вот к чему сводится эта задача. Робот находится в комнате, где стоит платформа, на которой установлен объект призматической формы. Задача робота состоит в том, чтобы отыскать этот объект и, толкая его буфером, доставить на определенное место. В другом углу комнаты находится передвижная наклонная плоскость. Будучи на колесном ходу, робот не может взобраться на платформу, где стоит призма, с какой бы стороны он к платформе ни подходил.

Чтобы выполнить задание, он должен прежде всего принять решение искать вспомогательное орудие труда — в данном случае передвижную наклонную плоскость. Приняв решение, он должен найти ее, правильно ориентировать и придвинуть к платформе. Только после этого он сумеет вкатиться вверх по наклонной плоскости на платформу, найти объект, столкнуть его с платформы, скатиться по наклонной плоскости с платформы, правильно установить объект и, толкая его, сдвинуть в заданное место.

Формулируя эту задачу, исследователи исходили из того, что с логической точки зрения она не менее сложна, чем классическая задача об обезьяне и бананах, которую используют психологи для оценки уровня интеллектуального развития животного. Обезьяна находится в комнате, к потолку которой подвешена гроздь бананов. Задача обезьяны состоит в том, чтобы достать бананы. В углу комнаты стоит стул. Для обезьяны решение задачи состоит в том, чтобы придвинуть стул к месту, где висят бананы, и влезть на него.

Перед роботом поставлена та же задача, что и перед обезьяной. Обе задачи двухступенчатые с логической точки зрения. В обоих случаях требуются дополнительные приспособления. Задача "обезьяна и бананы" многократно экспериментировалась, и установлено, что ее решение доступно только хорошо тренированному животному.

Создателям робота удалось обучить свое творение решению аналогичной задачи и тем самым доказать, что оно уже может вести себя если не человекоподобным, то хотя бы обезьяноподобным образом.

Робот может не только получать указания в напечатанном виде, но и печатать ответы на указания. Таким образом продемонстрирована возможность диалога робота с оператором в живой форме, не ограничивающей характер и содержание информации, которой они обмениваются. Типичный "сценарий", поставленный в Стэнфорде, сопровождался такой беседой.

Оператор. Придвиньте ко мне небольшой куб в 3 часа дня.

Робот. Имеются два небольших куба.