Текст книги "Клад острова Морица"

Автор книги: Михаил Васин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 17 страниц)

– Это два наших действующих робота. Но в лабораторных условиях показать все их способности трудно. Придется кое-что вообразить, – говорит заведующий кафедрой вычислительных машин Ленинградского института авиационного приборостроения профессор М. Б. Игнатьев. – Представьте, например, что мы сейчас находимся в одном из цехов завода турбинных лопаток, что здесь не стеллаж с деталями, а нагревательная печь, загруженная этими деталями. Они уже нагрелись до нужной температуры (тысяча и более градусов по Цельсию). Рабочий достает их из печи и опускает в ванну с маслом. Жара, дым. Работа утомительная, трудная. Но, может быть, еще хуже то, что она монотонная, однообразная, неинтересная… Кадров у нас и так не хватает, и найти работника для выполнения подобных операций – большая проблема. Вот мы и создали автомат, который заменит рабочего у печи и масляной ванны. Но сделать такой автомат вовсе нелегко. Оказывается, за этим элементарнейшим действием – взять какой-либо предмет и переложить на другое место – на самом-то деле стоит довольно сложный интеллектуальный процесс. Надо, чтобы автомат, во-первых, увидел и опознал, скажем, ту же турбинную лопатку, во-вторых, определил, как удобнее всего ее взять, в-третьих, подвел точно к этому месту свою руку, затем ощутил соприкосновение с деталью и только после того сжал клешню или, как мы ее называем, схват. Далее идут тоже весьма трудные задачи. Надо осторожно вынуть деталь из печи, не задеть по пути за другое оборудование и препятствия, аккуратно опустить груз в масляную ванну. Обычному автомату все это не под силу. Здесь нужен «думающий» автомат-манипулятор, управляемый электронно-вычислительной машиной, то есть робот. Именно такое устройство создано коллективом кафедры, и в частности, группой конструирования роботов для автоматизации ручных и вспомогательных работ, которой руководит наш главный механик.

Представьте теперь, что вместо рабочего у печи стоит наш робот – механическая рука, – продолжает профессор М. Б. Игнатьев. – В управляющей вычислительной машине заложена программа его действий. Нужно только отдать команду приступить к работе…

Робот зашевелился, протянул клешню-схват в печное отверстие, нащупал раскаленную деталь, взял ее точно посередине, осторожно вынул. Минуя окружающие предметы, перенес к ванне и опустил ее в масло. Вернулся за другой деталью, третьей, четвертой. И так – без устали, без передышки. Его не смущает, если в печи он обнаружит турбинные лопатки другой конфигурации, другого веса. Сведения о возможных изменениях условий труда заложены в «память» робота, то есть в ЭВМ, и он гибко меняет свое поведение, переходит от одного вида деятельности к другому.

Для этого у него есть все возможности. В его клешне расположены четыре фотоглаза, с помощью которых робот «видит» деталь и на расстоянии и в непосредственной близости. Рабочие поверхности клешни-схвата имеют «органы осязания» – тактильные датчики. Суставы «чувствуют» и углы поворота различных элементов руки (всего она имеет восемь степеней свободы), и усилия, которые приходится прилагать гидравлическим «мускулам» во время работы. Чтобы стало ясно, сколь сложна и чувствительна металлическая рука робота, достаточно сказать, что в ЭВМ непрерывно поступают и перерабатываются там сигналы от восьмидесяти разнообразных датчиков.

Но и такого потока информации оказывается мало для робота, для его надежной и безупречной деятельности. Сейчас ученые и конструкторы института хотят одеть металлическую руку особой «кожей», которая, как и человеческая, будет информировать «мозг» о соприкосновении ее с предметами. Это необходимо для безопасности и самого робота, и всего того, что находится вокруг – оборудования, конструкций, людей.

– Робот – объект повышенной опасности, – объясняет инженер-конструктор М. М. Захаров. – Конечно, производственный персонал, который будет иметь дело с роботами, обязательно должен изучить правила техники безопасности, правила поведения и обращения с этими новыми помощниками. Но для большей гарантии надо, чтобы автомат и сам был поосторожнее, чтобы в его поведении была заложена, так сказать, осмотрительность, иначе могут произойти неприятности, как, например, было со мной. Мы тогда только начинали работать с автоматической рукой. Однажды вдруг вышло из строя управление. Мы бросились к руке, чтобы она не повредила себя: хотели остановить ее, придержать. Но робот не понимает ведь (во всяком случае пока), что мы его родители, что мы ему зла не хотим. Рука эта подхватила меня и стукнула о стену – ребра затрещали… Запомнилось мне это происшествие. Ведь сила удара может достигнуть пятисот килограммов!

Механическая рука способна овладеть многими профессиями– сварщика, маляра, пескоструйщика, грузчика. Она может сверлить отверстия, навинчивать гайки, работать на заводских конвейерах.

Но предметом особой гордости специалистов ЛИАПа является «паук» – шестиногая шагающая машина.

Несмотря на то что попытки создать шагающий автомат предпринимаются в течение примерно ста лет – с тех пор как П. Л. Чебышев построил свой стопоходящий механизм, – существенных результатов в этой области пока не достигнуто. Управление подобными машинами настолько сложно, что осуществить его лишь механическим путем невозможно.

Первая проблема, с которой сталкивается конструктор – сколькими «ногами» наделить свое детище. Природа предлагает богатейший выбор вариантов: от многих десятков у членистоногих до двух у человека. Кому подражать? Много ног – это высокая устойчивость, плавность и равномерность хода. Но это и головоломная проблема координации движения каждой опоры, различные другие конструкторские сложности. Может быть, лучше четыре или даже две ноги? Механика такой системы, действительно, гораздо проще. Но зато придется наделять автомат столь же совершенным вестибулярным аппаратом, каким располагают высокоорганизованные животные и человек. А эта задача до недавнего времени была тоже непосильной.

Лишь с появлением развитой вычислительной техники возникла реальная возможность создания настоящих машин-ходоков, которые в будущем, по-видимому, найдут широкое практическое применение. Причем, не является неразрешимой проблемой снабдить робота восемью, шестью, четырьмя или даже двумя ногами – все зависит от мощности вычислительного устройства, которым располагает автомат.

Все лапы шестиногой шагающей машины Шамы, как по-свойски называют ее лиаповцы, усеяны датчиками, так что в «мозг» робота непрерывно поступает информация и о положении ног, и о состоянии грунта. Так как каждый членик ноги имеет свой привод (всего восемнадцать степеней свободы), управляемый электронно-вычислительной машиной с помощью индивидуального выходного канала, то Шама обладает огромной гибкостью в выборе самых разнообразных способов движения, сообразуясь с условиями дороги, состоянием грунта, тяжестью переносимого груза. Она может ходить там, где не пройдет ни колесный, ни гусеничный механизм – по узким, с крутыми поворотами коридорам, заставленным оборудованием цехам, лестницам. Двигаясь по пересеченной местности, через рытвины и поваленные деревья, она меняет «походку», выбирает наиболее целесообразную – переставляет сразу то три ноги (это самый быстрый шаг – шесть километров в час), то две, то одну, приподнимается «на цыпочки», чтобы перенести туловище через острый большой камень, или приседает, чтобы удлинить шаг и уверенно переступить канаву.

Если снабдить лапы автомата специальными зацепами и шипами, он может карабкаться по крутым откосам и склонам. Шаму можно научить и прыгать (для преодоления широких рвов, крупных камней). Отталкиваясь тремя ногами, три другие она будет использовать для маха, что придаст ей дополнительное ускорение. На эти же маховые ноги машине проще всего и приземляться… Конечно же, в момент прыжка привод Шамы должен работать на форсированном режиме. Возможно, потребуются и дополнительные источники энергии – скажем, пороховой двигатель.

Особо надо сказать о «зрении» шагающей машины. Конструкторы решили отказаться от традиционного в подобных системах последних лет телевизионного глаза. Телекамера слишком громоздка, на самофокусировку тратится чрезвычайно много времени (конечно, с точки зрения специалистов, занимающихся современной техникой) – до десяти секунд. Наконец, при использовании телеглаза управляющая машина робота должна обладать огромной «памятью», чтобы надежно ориентироваться в окружающем мире.

Все это мало подходило шестиногому «пауку», который предназначен для передвижения в трудных условиях и, следовательно, вынужден быстро обнаруживать препятствия и опасности и без задержки менять свое поведение. Гораздо более удовлетворяет этим специфическим требованиям лазерный глаз, разработанный в лаборатории систем радиовидения ЛИАПа под руководством профессора А. А. Капустина молодыми специалистами Г. Б. Яцевичем и В. С. Бойковым.

Ощупывая пространство своим узким красным лучом, Шама на расстоянии 10–15 метров различает довольно мелкие детали и практически одновременно измеряет расстояние до них с точностью до пяти миллиметров. На подробное – строка за строкой – изучение кадра (60–90 градусов по горизонтали и 10 градусов по вертикали) уходит около секунды. Но если обстановка позволяет, если не требуется большой тщательности при обзоре местности, то лазер посылает широкий пучок и осматривает пространство еще быстрее. Так продолжается до тех пор, пока его внимание не привлечет новое препятствие. Тогда снова начинается исследование кадра узким лучом.

Возможные сферы использования шестиногого «паука» – переноска легких грузов внутри многоэтажных зданий, обследование сельскохозяйственных и лесных угодий, участие в поисковых геологических экспедициях. Подобные машины, в принципе, могут выполнять задания человека на морском дне, на других планетах, в опасных для людей производственных условиях.

Каким он будет?

Но шестиногий «паук» Шама и четырехглазая рука – пока не работники, а гости. Гости из будущего. Ученые и инженеры присматриваются к ним, изучают. Исследование лабораторных образцов «умных» машин помогает выяснить «способности» роботов, решить целый ряд теоретических проблем, стоящих перед роботостроением. Недавно в ЛИАПе закончены рабочие чертежи и начато изготовление в металле новой модели руки– базового адаптивного робота. В этом устройстве учтен уже приобретенный опыт, устранены недостатки, замеченные в конструкции руки-предшественницы. Базовый робот спроектирован универсальным, он должен уметь выполнять разнообразные трудовые операции (меняться будут только программа, «глаза» и клешня-схват). В частности, работая на конвейере, он обязан уметь обращаться и с тонкой фарфоровой чашечкой, и с кирпичом, и с чугунной болванкой. Потомки этой универсальной руки в недалеком будущем станут, как надеются ученые, полноправными работниками предприятий.

Но и менее совершенные машины – промышленные роботы, или, как их еще называют, автоматические манипуляторы с программным управлением, – находят широкое применение на современном производстве. В принятых XXV съездом КПСС «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976–1980 годы» предусматривается «организовать серийное производство автоматических манипуляторов с программным управлением, позволяющих механизировать и автоматизировать тяжелые физические и монотонные работы», а также «приступить к промышленному производству приборов и устройств программного управления для автоматических манипуляторов».

В разрабатываемых сегодня проектах заводских цехов важное место отводится применению автоматики, в том числе роботов. Проблемами создания и использования электронных помощников человека сейчас занимаются десятки научных учреждений и предприятий. Среди них немало ленинградских – Политехнический институт, объединения «Кировский завод», «Электросила», ЛОМО, «Позитрон», «Ленинградский Металлический завод», Ленинградское абразивное объединение, заводы «Красный Октябрь», «Арсенал». Особенно большие работы в области создания электронного мозга для роботов выполняются на ЛЭМЗе – Ленинградском электромеханическом заводе. Во Всесоюзном проектно-технологическом институте электротехнической промышленности создан опытный образец робота, предназначенного для штамповки деталей. В Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности сконструирован так называемый копирующий манипулятор. Стальная рука, управляемая оператором, способна брать 400-килограммовый груз, легко и быстро переносить его в узком пространстве на расстояние 2,5 метра или поднимать примерно на столько же (при небольшом переоборудовании машины высота подъема достигает 3,5 метра). Манипулятор может перетаскивать мясные туши в холодильных камерах, нагружать и разгружать вагоны, автофургоны.

– Сегодня мы переживаем переломный период в развитии производства – период роботизации предприятий, – рассказывает профессор М. Б. Игнатьев. – В восьмидесятых годах на наших заводах должны работать десятки тысяч роботов. Этот процесс происходит и в других промышленно развитых странах – США, Англии и особенно Японии. В настоящее время около ста пятидесяти зарубежных фирм выпускают промышленные роботы более двухсот марок.

Хотя «общее умственное развитие» современных, роботов еще чрезвычайно низко, они год от года «умнеют». А будущие поколения «железных людей», которые готовятся прийти на смену нынешним, окажутся, несомненно, такими «сообразительными», что, по-видимому, без особого труда «догадаются» взять на себя выполнение всех наиболее неинтересных видов человеческой деятельности (даже и работу в домашнем хозяйстве).

Конечно, предстоит еще решить немало сложных вопросов. Это, например, разработка надежных «глаз» и «ушей» для роботов, систем общения между ними и человеком. Или вот задача: какой облик должен иметь робот? В Японии считают, что наиболее удобен электронный помощник в виде змеи на ножках. Англичане же отдают предпочтение устройствам, похожим на человека. Не решен еще вопрос о том, каким характером следует наделять роботов: и слишком большая его уступчивость, и упрямство, и медлительность, и чрезмерная подвижность могут раздражать человека, который вынужден будет постоянно с ним общаться на заводе или дома. Видимо, здесь есть над чем подумать и психологам, и социологам.

Передача автоматам-манипуляторам основных видов вспомогательных, конвейерных, погрузо-разгрузочных, домашних работ, а также некоторых целенаправленных трудовых операций в космосе и океане будет означать окончание нынешнего, первого этапа робототехники. Во время второго этапа появятся роботы, обладающие искусственным интеллектом, которых уже без большого преувеличения можно будет называть разумными.

Этот второй этап робототехники подготавливается уже сейчас.

Главная особенность роботов завтрашнего дня состоит в том, что в их памяти обязательно должна содержаться модель внешнего мира, сформированная человеком, либо образованная в результате самостоятельного накопления искусственным интеллектом сведений о реальной внешней среде. Это создает ситуацию, когда робот будет действовать не только по жесткой программе, заложенной в его память, не только по методу проб и ошибок. Он сможет поступать подобно человеку: прежде чем предпринимать какие-либо шаги, – моделировать свою деятельность, планировать ее, учитывая особенности окружающей обстановки и поставленные цели. Это, считают ученые, имеет огромное значение, особенно в условиях, когда на заводах будет трудиться много автоматов-«интеллектуалов» и когда возникнет неизбежная проблема управления их коллективом.

Дело в том, что наиболее эффективно и выгодно использовать роботов на производстве большими группами (по десять – сто в каждой), причем в комплексе с другим современным оборудованием – автоматизированными складами, станками с программным управлением. Общее руководство всеми устройствами можно возложить на одну электронно-вычислительную машину. Но за роботами придется сохранить и определенную самостоятельность – из соображений гибкости в их действиях. И вот здесь возникает множество научных задач. Как они должны строить взаимоотношения друг с другом? Как совместить, с одной стороны, разделение труда между ними, а с другой – способность к взаимопомощи? (Речь идет о том, чтобы они могли совместно передвинуть тяжелый груз, выполнить сложную работу, где необходимо много рук, заменить выбывшего из строя «коллегу», отвести от соседа опасность). А кто должен оперативно руководить коллективом автоматов – робот более высокого ранга, так сказать робот-начальник, или человек?

Эффективно решить эти задачи очень нелегко. И видимо, надо привлечь на помощь «самосознание» робота, то есть способность его построить свою собственную модель (модель своего «Я»), поместить ее в модель внешнего мира, сформированную в его памяти, и проанализировать, как будет выглядеть его будущее «поведение» «в глазах» других членов коллектива автоматов, а также руководителя. Вот если все это будет доступно роботу, если он, прежде чем принимать решение, как ему следует поступить в той или иной ситуации, будет учитывать общественное мнение людей и коллектива роботов, – одним словом, если он будет руководствоваться категориями, близкими (или идентичными) нашим, человеческим категориям морали и нравственности, – неразрешимых проблем во взаимоотношениях «умных» автоматов между собой и с людьми не возникнет.

Задачи этого рода встанут перед учеными в недалеком будущем. Значит, надо к ним готовиться. Но ни инженерная и социальная психология, ни социология, ни кибернетика дать ответы на большинство вопросов, связанных с «поведением» роботов, не в состоянии. Неудивительно: ведь программа, описание поступков «высокоорганизованного» робота, мотивов и стимулов его действий, противоречий, с которыми он столкнется и которые ему надо будет преодолевать, – это целое литературное произведение, точнее говоря, сценарий.

И все же уныния в стане роботостроителей нет. Выход обнаружен в области, весьма далекой от тех наук, которые занимаются созданием и совершенствованием искусственного интеллекта. Нет, ничего готового найти не удалось. Однако, как оказалось, некоторая основа для решения поведенческих проблем в мире роботов все-таки уже имеется. Заложили эту основу литературоведы, филологи.

В конце двадцатых годов известный фольклорист профессор Ленинградского университета В. Я. Пропп издал книгу «Морфология сказки». Сейчас ее внимательнейшим образом штудируют инженеры и математики. Суть в том, что В. Я. Пропп проанализировал огромное количество сказок и выделил типичные элементы поведения персонажей. Он насчитал тридцать один такой функциональный элемент. Из этих тридцати одного «кирпича», как выясняется, построены все сказки мира.

Профессору Проппу удалось сделать в литературоведении нечто подобное тому, что сделал в химии Д. И. Менделеев, создавший периодическую таблицу элементов. Классификация поведенческих элементов – ценнейший материал для разработки «характера», «мировоззрения» и «поведения» «интеллектуальных» роботов.

Но профессор В. Я. Пропп положил лишь начало исследованиям, чрезвычайно важным для современной науки. Их надо развивать применительно к запросам сегодняшнего дня. Поэтому роботостроители заключили с литературоведами, прежде всего Тартуского университета, договоры, надеясь, что получат очень нужные рекомендации и выводы. На наших глазах складывается новая отрасль науки, которую можно назвать – по аналогии с бионикой – артоникой («арт» – значит искусство). Но если бионика помогает находить в природе ответы на сравнительно простые инженерные вопросы, то артоника должна, исследуя искусство, подсказывать техникам решение гораздо более сложных задач – таких, как формализация разумных поведенческих актов.

…Когда я уходил из лаборатории роботов Ленинградского института авиационного приборостроения, металлический «паук» стоял в напряженной, настороженной позе посреди комнаты, казалось, готовый на всех своих шести ногах броситься исполнять первое приказание человека, а автоматическая рука опустила на его дюралевую спину, будто успокаивая, свою тяжелую клешню. Я знал, что сегодня это случайная поза и ничего не значащий жест. Но через несколько лет роботы на самом деле будут не только трудолюбивыми и исполнительными, но и внимательными, чуткими, добрыми по отношению друг к другу и к человеку – этим качествам они начинают учиться у людей.