Кибернетическая картина мира. Есть многое на свете, друг Горацио, что недоступно нашим
 Скачать 14.04 Mb.
|
|
ГлаВа 3. роБоты И ИСкуССтВенный Интеллект Прежде чем рассматривать современное состояние робототехни- ки, которая непрерывно развивается, хотелось сделать небольшое историческое введение. официально робототехника в нашей стране началась в 1972 г., когда впервые вышло специальное постановление Государствен- ного комитета СССР по науке и технике и было предусмотрено плановое развертывание научно-исследовательских и опытно- конструкторских работ в целях создания широкого спектра робо- тов. Главным конструктором по проблеме был назначен профессор Ленинградского политехнического института Ю. И. Юревич, а его заместителями профессор Ленинградского института авиационно- го приборостроения М. Б. Игнатьев и др. После 1955 г., когда в на- шей стране реабилитировали кибернетику, неоднократно предпри- нимались попытки узаконить робототехнику. И только в 1972 г. с помощью академика, адмирала А. И. Берга и д. Ф. Устинова, кото- рый потом стал министром обороны СССР, это удалось. Тем не менее, процесс создания роботов начался гораздо рань- ше, прежде всего для задач атомной промышленности. для работы с радиоактивными веществами были созданы совершенные копи- рующие манипуляторы с очувствлением и обратной связью по уси- лию схвата, это было в конце 40 – начале 50-х гг. Жаль, что сейчас эти технологии утеряны, и их приходится восстанавливать практи- чески с нуля. Что же было сделано с 1972 г.? во-первых, был разработан спектр промышленных роботов, к концу 80-х гг. было изготовлено свыше 80 тыс. промышленных роботов, которые помогли высвободить более 1 млн рабочих. во-вторых, были созданы роботы для работ в экстремальных условиях – под водой, в космосе и т. д. в-третьих, были начаты работы по созданию боевых роботов, которые успешно продолжаются. в-четвертых, успешно проводились работы по ком- плексной автоматизации промышленности, были созданы гибкие автоматизированные производства, накоплен большой теорети- ческий и практический опыт. Если говорить о прошлом опыте, то следует отметить работы на заводах Форда в начале 20-х гг., когда инженер Гилбрет выделил основные элементы рабочих движений – терблиги и приноровительные движения, что позволило сформиро- вать стандарты Международной организации труда (МоТ), которые использовались при программировании промышленных роботов. 113 Уже нами были созданы языки ЛАРоТ – для роботизированного производства, язык ЛАСКИТ – для автоматизации проектирова- ния, ЛАдЕТ – для автоматизации научных исследований и др. [16, 17, 20]. в настоящее время роботостроение – активно развивающа- яся отрасль науки и техники. 3.1. Структурирование робототехнических систем Роботы – технические системы, состоящие из трех составных частей: сенсорных структур, которые поставляют информацию об окружающей среде; вычислительных структур, которые обраба- тывают сенсорную информацию и принимают решения; движите- лей, с помощью которых робот как целостная система может ак- тивно взаимодействовать с окружающей средой, манипулировать предметами и перемещаться, выполняя команды вычислительной структуры. Роботы могут получать от человека задания различной степени сложности и выполнять их в автономном режиме. в на- стоящее время в мире успешно функционируют свыше миллиона роботов. в докладе [36] представлен обзор мировой и отечественной робототехники за последние 50 лет. основная проблема при создании роботов различного назначе- ния – это соотношение организованности среды и сложности ро- ботов. в хорошо организованной среде может успешно функцио- нировать простой робот, в плохо организованной среде успешно функционировать может лишь сложный робот с искусственным интеллектом. организация среды требует больших затрат: чем больше будет затрачено средств на организацию среды, тем мень- ше будет стоить сам робот. очень важно найти правильное соотно- шение между этими затратами, которое меняется в зависимости от развития технологий и достижений науки. Появление деше- вых мощных компьютеров привело к реальному большому раз- витию робототехники во всех отраслях. Сейчас оно сдерживается медленным прогрессом в развитии движителей (электро, пневмо, гидро), параметры которых гораздо хуже биологических мышц. это привело к созданию нового класса роботов – биороботов, ког- да биологическая структура снабжается встроенными чипами, через которые осуществляется управление биоструктурой. в ка- честве биоструктур используются насекомые, змеи, рыбы, дель- фины – все животные вплоть до человека. для охраны границ 114 уже сейчас используются лошади, верблюды и страусы со встро- енными чипами, что позволяет им точно выполнять указания лю- дей в течение нескольких часов. вместо встроенных чипов сейчас используют специальные системы виртуальной реальности для животных [36]. важен анализ структуры работ, для выполнения которых стро- ятся роботы. в этом направлении сделано немало: это и формирова- ние конвейера Форда, стандарты МоТ, языки ЛАРоТ, ЛАдЕТ, ЛА- СКИТ и др., и артоника (исследование структур искусства на пред- мет использования их в технике), и мотив – функции в. Я. Проппа и 25 функций исполнителей-администраторов (поиск, препятство- вание, запрет, совершение ошибки, дача обещаний, преодоление препятствия, достижение искомого, нарушение запрета, соперни- чество, обман, выведывание, требование (настояние), арбитраж, обмен, выбор, вредительство, помощь, соблазн или устрашение, подчинение, единомыслие, единство действий, воздаяние, переме- на места деятельности, устранение противника, уход) [17]. К робототехнике примыкают задачи искусственного интеллек- та, но люди до сих пор не разобрались, что такое естественный интеллект [35, 36]. в физиологии и психологии сложилось пред- ставление о шести уровнях интеллекта. Самый нижний уровень А – уровень палеокинетических регуляций, который реализует простейшие защитные реакции. далее следует уровень в – уровень синергии, который регулирует перемещение организма как цело- го. Третий уровень С – пространственное поле, который обеспечи- вает ориентацию в ближайшем окружении. Четвертый уровень D – уровень действия, который обеспечивает регуляцию предметных действий. Пятый уровень Е – уровень концептуальных структур, который обеспечивает фиксацию и дополнение концептуальной картины мира. Шестой уровень F – метапознавательный уровень, который обеспечивает перестройку концептуальной модели мира, это уровень функционирования творческих людей. Современная компьютеризированная техника освоила уровни А, в, С, D – это и управляемые ракеты, и адаптивные роботы, и сложные автома- тизированные системы. Уровни Е и F наименее изучены, их-то и считают зоной интеллекта – естественного, искусственного или комбинированного, гибридного. Но для того чтобы разобраться с интеллектом, прежде всего нужно исследовать естественный язык, который хорошо доступен для наблюдений и экспериментов. выше приведен материал по лингво-комбинаторному моделированию, 115 которое может быть использовано при управлении сложными си- стемами. Робот – непременный персонаж самых различных произведений искусства, от Франкенштейна до последних фильмов «Я – робот» и «Аватар». Самое слово «робот» пришло из пьесы К. Чапека и про- исходит от славянского «рoбота». Идеи робототехники проникают в общество прежде всего через искусство, и роботы населяют вирту- альные миры. Роботы в виде аватаров являются главными действу- ющими лицами различных виртуальных миров. Слово «аватар» значительно более древнего санскритского происхождения и озна- чает «нисхождение». в индуистской религии утверждается, что каждый бог обитает во множестве тонко и грубо материализован- ных тел, но только одно из них является подлинным, верховным, все же остальные суть нисхождения, или аватары. в настоящее время слово аватар прочно вошло в кибернетику и информатику. Робот, аватар, агент – это помощники человека в поддержании здо- ровья, обучении, работе и развлечениях. возникли многоагентные системы. Робот – это партнер в сексуальных играх, на этом строит- ся многомиллионный бизнес. РоБоТ – это плод человеческого во- ображения. Создание систем автоматики и различных роботов – это в основ- ном эмпирика. Но эмпиризм питается воображением – сначала че- ловек осуществляет мысленный эксперимент, потом строит машину или робота. далее следует важная фаза осмысления содеянного, и вот тут важна роль философии. Философия направлена на выработ- ку обобщенной системы взглядов на мир, на место в нем человека, и можно добавить – на выработку взглядов на место роботов в мире. в этой связи интересно рассмотреть монадологию Лейбница [12]. Реальный мир, по Лейбницу, состоит из психических деятельных субстанций, неделимых первоэлементов бытия – монад, которые находятся между собой в отношении предустановленной гармонии. в силу этой гармонии развитие каждой из них находится в соот- ветствии с развитием других монад и всего мира в целом. деятель- ность монад состоит в смене восприятий (перцепций) и определяет- ся индивидуальным стремлением (апперцепцией) монады к новым восприятиям. Хотя вся деятельность монады исходит имманентно из самой монады, она в то же время есть развертывание изначаль- но заложенной в монаде индивидуальной программы. Монады об- разуют восходящую иерархию сообразно тому, насколько ясно они представляют мир. в этой иерархии особое место занимают мона- 116 ды, которые способны не только к восприятию (перцепции), но и к самосознанию, апперцепции; к ним Лейбниц относил души людей. Мир физический, как считал Лейбниц, существует только как не- совершенное, чувственное выражение истинного мира монад, как феномен познающего мир человека. Как очевидно, монадология сильно перекликается с современной теорией агентов и роботов. Интересным является пересечение с философией персонализма, где на первый план выдвигается человеческая личность во всей полно- те ее конкретных проявлений, в ее неповторимой индивидуально- сти. Личность превращается в фундаментальную онтологическую категорию, в которой волевая активность, деятельность сочетается с непрерывностью существования. Интересен пример первого симфонического ансамбля Моссове- та – оркестра без дирижера [14]. основной принцип – творческая активность каждого артиста ансамбля. важен введенный Жаком деррида термин «деконструктивизм» (разбор, разнесение некой конструкции). Его основная идея заклю- чается в том, что мы имеем дело не с реальностью, а с реальностя- ми, которые описываются разными языками. Есть политическая реальность, экономическая реальность, символическая, сновиден- ческая… И возникает такой момент, когда языки, описывающие реальность, начинают отставать от реальности, которую представ- ляют, скрывают, уводят от нее. Тогда и требуется аппарат декон- струкции, освобождение реальности из-под гнета ложных презен- таций. Поэтому творчество деррида вызывало гнев у консерватив- ной части философского истеблишмента – ведь он подрывал основы профессиональной философии. История его работ, его опытов де- конструкции – череда скандалов. Политики и масс-медия создают язык, который описывает политическую действительность. И то, что не вписывается в этот языковый мейнстрим, в эту болтовню узнаваемого – отвергается. Главным тезисом становится – «этого не надо говорить, потому что мы знаем, что нужно говорить». в ре- зультате у нас нет журналистики. Потому что и журналисты, и по- литики говорят на одном и том же языке. Следует остановиться на некоторых сторонах управления дви- жениями биологических объектов. движению живого существа (в частности, человека) присущ целостно-связный характер действия. одним и тем же совокупностям сигналов с сенсорных систем могут соответствовать самые разнообразные двигательные реакции. это явление существует на всех уровнях биологической системы управ- 117 ления движениями и явно выражено в явлениях экстраполяции, интерполяции и антиципации 4 [16]. Следует указать также на вариативность действий человека, ко- торая проявляется во взаимозаменяемости поз и траекторий дви- жения биологических объектов. в экспериментальной психологии описаны две формы обобщен- ности двигательного поведения – обобщенность ответов и действия при переходе из одной ситуации в другую. Под обобщенностью от- ветов подразумевают то общее, что проявляется в различных ва- риациях движений, направленных на выполнение одной и той же цели. А под обобщенностью действий понимают то общее, что про- является при движениях, направленных на достижение разных це- лей. обобщенность действий является проявлением особенностей программирования движений. все эти особенности построения движений находят свое суммар- ное выражение во взаимозаменяемости исполнительных органов при выполнении движений, т. е. одна и та же программа движений может быть выполнена различными исполнительными органами. Например, писать можно правой, левой рукой или же с помощью ног. При этом основные особенности почерка индивидуума сохра- няются. Универсальность функционирования имеет место на всех уровнях поведенческих актов – начиная от манипулятивной дея- тельности и кончая функциями человека-оператора как управляю- щего звена системы человек – машина. Границы универсальности определяются лишь временными характеристиками переработки информации, пределами пространственной досягаемости и энер- гетическими ограничениями. Никаких других ограничений уни- версальности действий со стороны жесткой конструкции нервной и скелетно-мышечной системы обнаружить нельзя. Именно из уни- версальности вытекает огромный, практически неисчерпаемый диапазон возможностей ручного труда. вариативность и универсальность управления движениями обе- спечивает высокую надежность функционирования биологической системы, позволяя реализовать множество различных вариантов двигательного решения и свободно заменить почему-либо не осу- ществимый вариант действия другими. Надежность связана с той или иной формой запасных возможностей, т. е. с избыточностью. 4 Антиципация – представление человеком результатов своего действия еще до его осуществления. 118 введение организованных помех, снижающих процесс распозна- вания букв перцептивным устройством на 85%, оказывает совер- шенно ничтожное воздействие на деятельность человека. Послед- ний в этих условиях сохраняет почти полную помехоустойчивость. Недостаточная локальная точность достижения цели при отсут- ствии сигналов с датчиков является слабым местом биологических систем управления движениями. величина отдельных координат может быть выдержана при движении биологических систем лишь весьма приблизительно. Локальная точность таких систем состав- ляет примерно 5–10% от величины динамического диапазона. все эти особенности построения движений в биологических систе- мах четко проявляются в таких действиях, как перемещение с помо- щью ног. Ходьба и бег по пересеченной местности являются апофео- зом приспособительных возможностей биологических систем. 3.2. основные уровни управления поведением робота При ручном управлении манипулятором без посредничества вы- числительной машины человек-оператор с помощью специального корсета или ручек управления посылает сигналы на приводы ме- ханической руки, заставляя ее тем самым выполнять различные движения. этот наиболее распространенный способ управления, называемый управлением в коде движений, является очень слож- ным для человека-оператора. оператор быстро утомляется, а точ- ные движения вообще не может выполнять. При отсутствии визуальной информации о перемещениях руки манипулятора (необходимость работы в таких условиях имеет ме- сто довольно часто) качество управления резко ухудшается, несмо- тря на информацию от других датчиков. Применение вычислительной машины позволяет существенно облегчить управление манипулятором. Роль оператора в этом слу- чае сводится к управлению в коде команд, когда, нажимая соответ- ствующие кнопки, он посылает команды типа взять, перенести и т. д. При использовании вычислительной машины для этих целей естественно возникает понятие об уровнях управления. в разрабо- танных в настоящее время программах можно выделить три уров- ня [16, 79]. входные программы первого, низшего уровня задают значения каждой из координат степеней подвижности исполнительного ор- 119 гана робота. Низший уровень формирует управления приводами степеней подвижности. входными командами второго уровня являются команды, зада- ющие различные движения рабочему инструменту, закрепленному на конце манипулятора. Такими командами могут быть: привести инструмент в положение (а), переместить инструмент в на- правлении (х)и т. п. Частные случаи этих команд: найти, взять, перенести, положить, открыть дверцу, навинтить гайку. При этом взять можно только найденный или указанный предмет, пе- ренести можно только взятый предмет, положить можно только взятый или перенесенный предмет, взять можно либо одной, либо двумя, либо тремя руками и т. д. С помощью вычислительной ма- шины осуществляется расшифровка этих команд и их перевод на входной язык низшего уровня. входными командами третьего, высшего уровня являются слож- ные команды типа построить сооружение, разгрузить судно и т. п. На этом наименее разработанном уровне должна осуществляться сложная логическая обработка информации об окружающей среде, положении робота и рабочих предметов. На выходе этого уровня имеем набор входных команд для второго уровня. Информация о взаимном расположении частей манипулятора, о соприкосновении с окружающими предметами используется на всех уровнях. Человек-оператор осуществляет управление на выс- шем уровне и имеет возможность вмешиваться в управление и на других уровнях. задачи управления первого уровня решаются в рамках традици- онной теории автоматического регулирования с учетом особенно- стей привода и конструкции роботов. второй уровень, называемый тактическим, является своеобразным генератором управляющих сигналов для низшего уровня управления. Третий уровень назовем стратегическим уровнем управления. Его разработка связана с исследованием поведения сложных систем. для решения задач на этом уровне привлекаются различные методы эври- стического программирования и теории игр. При этом оказывается возможным использовать результаты исследования поведения людей в различных ситуациях. Хотя кибернетика развивается, ее методы и аппарат едва приоткрыли дверь в мир социальных явлений и процес- сов, протекающих на фоне столкновения действий, идей и чувств. Первая работа, в которой были сформулированы некоторые принципы научного анализа действий в конфликтных ситуациях,– 120 книга фон Неймана и Моргенштерна «Теория игр и экономическое поведение» – вышла в 1944 г. и до сих пор не потеряла своего значе- ния. Но теоретико-игровая модель конфликта ограничена. она не может выявить природу конфликта, скрытые пружины человече- ской деятельности в различных ситуациях. Классическая трагедия и серьезный роман по-прежнему остают- ся одним из источников наших знаний о человеческом поведении. И именно в рамках художественной литературы появились первые произведения, описывающие поведение роботов. Принадлежащие перу э. Т. Гофмана, М. Шелли, К. Чапека, А. Азимова и других писа- телей книги могут служить источником моделей поведения роботов и их взаимоотношения с людьми. Еще предстоит тщательно изучить всю литературу о роботах: от народных сказаний и былин до самых последних романов, где роботы уже прочно стали неотъемлемой де- талью производственной и бытовой среды близкого будущего. |