Skip to Content

Робототехника

Развитие робототехники относится к глубокой древности человеческой деятельности. Еще во времена Гомера люди мечтали создать механических помощников человека, выполняющих его трудовую деятельность.

Первыми помощниками человека были механизмы, позволяющие увеличить его силу и скорость перемещения. Даже первые счетные машины строились на механическом принципе. Однако впервые слово «робот» было введено Карелом Чапеком в 1920 году в фантастической пьесе «РУР» («Рассумские универсальные роботы»). Областью применения роботов стали области деятельности человека, опасные для его жизнедеятельности. Как правило, это были дистанционно управляемые манипуляторы для работы в атомных реакторах, в подводных аппаратах и космических кораблях.
В 1947 году в Арагонской национальной лаборатории были впервые разработаны механические руки для работы с радиоактивными материалами. Уже в 1948 году данные роботы были оснащены системой отражения усилия, чтобы оператор имел возможность ощущать усилие, развиваемое исполнительным органом [26].
Первые луноходы и марсоходы были оснащены манипуляторами для сбора грунта. Управление данными манипуляторами осуществлялось с земли по командам оператора. В 1963 году уже была исследована проблема распознавания многогранных объектов, а в 1968 году уже были созданы программные устройства, позволяющие с применением телевизионной камеры находить предметы, которые должен был взять робот своим захватным устройством [27].
Таким образом, теоретические основы современной робототехники были заложены еще в 60-е годы, но их реализация сдерживалась отсутствием соответствующих технологий, материалов, ресурсов вычислительных систем. В это же время писатель-фантаст Айзек Азимов придумывает слово «роботикс» (робототехника) и впервые формулирует три закона робототехники:
1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.
2. Робот должен подчинятся командам человека, если эти команды не противоречат первому закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности, пока это не противоречит первому и второму закону.
Эти три закона Айзека Азимова до сегодняшнего дня остаются стандартами при проектировании и разработке роботов.
Робототехника ХХ века характеризуется выдающимися практическими достижениями.
Советские луноходы. 17 ноября 1970 года Луноход-1 съехал с посадочной ступени на лунный грунт в Море Дождей. Он стал пятым подвижным образованием на Луне после Армстронга, Олдрина, Конрада и Бина. Луноход-1 активно функционировал 301 сутки 06 час 37 мин, прошел расстояние 10 540 м, обследовал площадь в 80 000 м2, с помощью телесистем передал свыше 20 000 снимков поверхности и более 200 панорам, более чем в 500 точках поверхности определил физико-механические свойства поверхностного слоя лунного грунта, а в 25 точках провел его химический анализ. Луноход-2 в составе станции Е-8 № 204 (Eyna-21) был запущен 8 января 1973 года.
Два витка вокруг Земли и автоматическая посадка беспилотного орбитального корабля «Буран», выведенного в конце 1988 года на околоземную орбиту с помощью самой мощной в мире ракеты-носителя «Энергия» – это «заключительный аккорд» российской космонавтики на финише советской эпохи. Больше всего восторгов вызвало приземление «Бурана» в конце полета на посадочной полосе, выполненное с ювелирной точностью.
Промышленные роботы. Широкое внедрение роботов в производственной сфере началось в семидесятые годы прошлого столетия. В сфере производства применялись промышленные роботы, управляемые автоматически от систем числового программного управления. Выполнение транспортных операций при штамповке, точечная и дуговая сварка выполнялись с помощью роботов с позиционной и контурной системами управления. Уже на операциях дуговой сварки нашли применение датчики слежения за свариваемым стыком. Применение элементов адаптации позволило расширить возможности промышленных роботов. Особое место занимают промышленные роботы на сборочных операциях, особенно, при сборке элементов электронной промышленности. Оптические датчики контроля позволили выполнять сортировку изделий по этикеткам либо особым меткам. С помощью силовой обратной связи Г. Иноу удалось создать систему управления промышленного робота, способного вставлять вал в отверстие по информации о развиваемом усилии при касании [28].
В настоящее время существует множество работающих промышленных роботов. Фирмы ABB, STAUBLI, REIS, MOTOMAN, ADEPT и другие производят промышленных роботов для манипулирования, сварки, покраски, упаковки, полировки и т. д. с большим спектром применения и по точности, и по характеру выполняемых операций [29, 30].
В области робототехники также происходит смена поколений. В книге И. М. Макарова и Ю. И. Топчиева [25] выделяются 4 поколения промышленных роботов:
1. Роботы с циклическим управлением без обратной связи, выполняющие неоднократно одинаковые операции.
2. Роботы с обратной связью, выполняющие разные операции.
3. Обучаемые роботы. Обучение таких роботов движению по разным траекториям и различным захватам осуществляет оператор.
4. Интеллектуальные роботы. Такие роботы могут находить нужные детали, оценивать обстановку и принимать наилучшие решения.
Достижения среди роботов в общепринятом понимании, подразумевает что «Машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением» частично или полностью выполняет функции человека при взаимодействии с окружающим миром.
В 1977 году фирмой Quasar Industries создан робот, умеющий подметать пол, стричь траву на лужайках и готовить простую пищу. Корпорация Object Recognition Systems объявила в 1982 году о создании системы зрения для роботов, которая позволяет им вынимать детали, произвольно расположенные в ящиках или других емкостях [31]. В 1982 году фирма Mitsubishi объявила о роботе, который был настолько ловок, что прикуривал сигарету и снимал телефонную трубку. Самым замечательным в 1982 году был признан американский робот Cubot, собирающий с помощью своих механических пальцев, камеры-глаза и компьютера-мозга кубик Рубика менее чем за четыре минуты.

Появление первых роботов дало мощный толчок к развитию таких направлений, как машинное зрение и распознавание изображений, построение методов моделирования состояний мира, построение планов для последовательности действий и управление выполнением этих планов, управление работой роботов в трехмерном пространстве. Интеллект роботов постоянно повышается с созданием более совершенных человеко-машинных интерфейсов. Существенно расширяется и диапазон их применения.
Японская корпорация Sony объявила в 2000 году о создании нового поколения роботов-собак, которые понимают на слух около 50 команд и даже могут фотографировать то, что видят своими глазами-камерами. Новый робот получил то же ласковое имя «Айбо», что и первое поколение умных электронных собачек, появившихся на рынке годом раньше. К умению прыгать, бегать, вилять хвостиком, катать мячик и демонстрировать различные чувства – от страха до щенячьей радости, четвероногий робот нового поколения добавил способность реагировать на кличку, которую присваивает ему хозяин, подавать лапу, садиться и бежать вперед. По особому указанию он фотографирует глазами-камерами и полученную картинку потом можно посмотреть на экране компьютера. Новый «Айбо» стоит 150 тысяч иен (около 1,4 тыс. долл.).
В апреле 2003 года в Японии, в городе Иокогамае, прошла четвертая по счету выставка роботов «Robodex». Как заведено, выставляются на ней так называемые персональные роботы: роботы-домохозяйки, роботы-клоуны и роботы-охранники. Аббревиатура в названии мероприятия расшифровывается как «робот твоей мечты» (Robot Dream Exposition). Гвоздем выставки стал робот SDR-4X фирмы Sony. Создатели стараются сохранить за ним репутацию массовика-затейника: в новую модель заложены 10 песен, 1000 телодвижений и 200 интерактивных диалогов.
В Японии проводятся ежегодные чемпионаты мира по футболу среди роботов – RoboCup. Соревнования проводятся в нескольких лигах. В лиге малых роботов (small size) играют машины размером 15?18 сантиметров, которые управляются внешней компьютерной системой. В играх в лиге средних роботов (middle size) участвуют более мощные автономные роботы размером 50?50 сантиметров, оснащенные собственным мощным бортовым компьютером и системой технического зрения. С недавних пор введена еще одна лига, в ней играют робособаки, которых производит компания Sony. В 2002 году своеобразное соревнование проходило среди «андроидов». Правда, настоящего футбола в их исполнении увидеть не удалось: технология ходьбы проработана пока довольно слабо, так что «андроиды» соревновались в пробивании штрафных и умении ходить по полю.
Международные соревнования мобильных роботов, в том числе по футболу, и Научно-технический Фестиваль молодежи «Мобильные роботы» имени профессора Е. А. Девянина проводятся в Москве на базе Института механики Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, начиная с 1998 года. Молодежная команда Московского Государственного Университета участвует в международных соревнованиях робототехнических систем с 1995 года. Выступления команды МГУ во Франции в рамках международного Фестиваля «Наук и технологий» были успешными: в 1996 и 1998 годах команда занимала первые места [36].
В 2004 году прошли гонки автомобилей без водителей Grand Challenge от Лос-Анджелеса до Лас-Вегаса – это одно из значительных событий в робототехнике. К участию в соревновании допускались только беспилотные роботы – на их борту не должно быть ни людей, ни животных. На участие в соревнованиях было заявлено около сотни команд, 25 из них были допущены к квалификационному отбору и 15 из них этот отбор прошли. Организаторы соревнований остались довольны результатами, несмотря на то, что ни один робот не прошел трассу [30].
Американские марсоходы Spirit и Opportunity провели в 2004 году научную миссию по исследованию Красной планеты. Оба аппарата исследовали метеоритные кратеры, вели поиск интересных объектов для подробного изучения, обнаружили свидетельства наличия воды на Марсе.
За последние несколько лет Пентагон значительно увеличил финансирование проектов по созданию боевых роботов. Деньги выделяются как крупным оборонным корпорациям, так и небольшим исследовательским группам в американских университетах. Причиной такой активности военного ведомства США является негативная реакция американского общества на большое количество жертв среди солдат во время военных операций Пентагона за рубежом.
В апреле 2004 года американский производитель роботов iRobot Corporation получил первую похоронку – во время боевых действий в Ираке был разрушен робот-сапер PackBot. Представители компании iRobot, базирующейся в городе Берлингтон, штат Массачусетс, получили от Пентагона официальное сообщение о том, что робот PackBot был уничтожен противником во время боевых действий (робот взорвался на мине, от которой мог пострадать человек). В настоящее время в Ираке и Афганистане находятся от 50 до 100 роботов-саперов типа PackBot. Их используют для рекогносцировки, ликвидации минных полей, уничтожения боеприпасов противника. Эта модель приспособлена к действиям в условиях сложного ландшафта. Каждый иp этих роботов весит около 21 кг и стоит почти 50 тыс. долл.

Перечень удивительных достижений в области робототехники можно продолжать очень долго. Появляется большое количество научно-технической литературы по робототехнике для специалистов и студентов, как построить робот, начиная от механики, датчиков и заканчивая радиоуправлением и программированием. Все это подтверждает уверенность в том, что самые интересные достижения в этой области еще впереди.

Вывод
В настоящее время «искусственный интеллект» – мощная ветвь информатики, имеющая как фундаментальные, чисто научные основы, так и весьма развитые технические, прикладные аспекты, связанные с созданием и эксплуатацией работоспособных образцов интеллектуальных систем. Значение этих работ для развития информатики таково, что именно от их успеха зависит появление ЭВМ нового поколения.
Лучше всего об «интеллектуальных» возможностях машины сказал В.М.Глушков. «Вряд ли можно сомневаться, что в будущем все более и более значительная часть закономерностей окружающего нас мира будет познаваться, и использоваться автоматическими помощниками человека. Но столь же, несомненно, и то, что все наиболее важное в процессах мышления и познания всегда будет уделом человека. Справедливость этого вывода обусловлена исторически.
...Человечество не представляет собой простую сумму людей. Интеллектуальная и физическая мощь человечества определяется не только суммой человеческих мускулов и мозга, но и всеми созданными им материальными и духовными ценностями. В этом смысле никакая машина и никакая совокупность машин, являясь, в конечном счете, продуктом коллективной деятельности людей, не могут быть «умнее» человечества в целом, ибо при таком сравнении на одну чашу весов кладется машина, а на другую – все человечество вместе с созданной им техникой, включающей, разумеется, и рассматриваемую машину.
Следует отметить также, что человеку исторически всегда будет принадлежать окончательная оценка интеллектуальных, равно как и материальных ценностей, в том числе и тех ценностей, которые создаются машинами, так что и в этом смысле машина никогда не сможет превзойти человека.
Таким образом, можно сделать вывод, что в чисто информационном плане кибернетические машины не только могут, но и обязательно должны превзойти человека, а в ряде пока еще относительно узких областей они делают это уже сегодня. Но в плане социально-историческом эти машины есть и всегда останутся не более чем помощниками и орудиями человека». (В.М.Глушков. Мышление и кибернетика // Вопросы философии – 1963г. № 1).

Заключение
Многие споры вокруг проблемы создания ИИ имеют эмоциональную подоплеку. Признание возможности искусственного разума представляется чем-то унижающим человеческое достоинство. Однако нельзя смешивать вопросы возможности искусственного разума с вопросом о развитии и совершенствовании человеческого разума. Разумеется, искусственный разум может быть использован в негодных целях, однако это проблема не научная, а скорее морально-этическая. Однако развитие кибернетики выдвигает ряд проблем, которые все же требуют пристального внимания. Эти проблемы связаны с опасностями, возникающими в ходе работ по искусственному интеллекту.
Первая проблема связана с возможной потерей стимулов к творческому труду в результате массовой компьютеризации или использования машин в сфере искусств. Однако в последнее время стало ясно, что человек добровольно не отдаст самый квалифицированный творческий труд, т.к. он для самого человека является привлекательным.
Вторая проблема носит более серьезный характер. На эту проблему уже неоднократно указывали такие специалисты, как Н.Винер, Н.М.Амосов, И.А.Полетаев и другие. Состоит она в следующем. Уже сейчас существуют машины и программы, способные в процессе работы самообучаться, т.е. повышать эффективность приспособления к внешним факторам. В будущем, возможно, появятся машины, обладающие таким уровнем приспособляемости и надежности, что необходимость человеку вмешиваться в процесс отпадет. В этом случае возможна потеря самим человеком своих качеств, ответственных за поиск решений. Налицо возможная деградация способностей человека к реакции на изменение внешних условий и, возможно, неспособность принятия управления на себя в случае аварийной ситуации. Встает вопрос о целесообразности введения некоторого предельного уровня в автоматизации процессов, связанных с тяжелыми аварийными ситуациями. В этом случае у человека, «надзирающим» за управляющей машиной, всегда хватит умения и реакции таким образом воздействовать на ситуацию, чтобы погасить разгорающуюся аварийную ситуацию. Таковые ситуации возможны на транспорте, в ядерной энергетике. Особо стоит отметить такую опасность в ракетных войсках стратегического назначения, где последствия ошибки могут иметь фатальный характер.
Несколько лет назад в США начали внедрять полностью компьютеризированную систему запуска ракет по командам суперкомпьютера, обрабатывающего огромные массивы данных, собранных со всего света. Однако оказалось, что даже при условии многократного дублирования и перепроверки, вероятность ошибки оказалась бы столь велика, что отсутствие контролирующего оператора привело бы к непоправимой ошибке. В итоге от системы отказались.
На мой взгляд, проблема создания искусственного интеллекта будет постоянно актуальна и исследуема. Также очевидно, что на каждом этапе решения этой проблемы человечеству придется сталкиваться с все новыми трудностями, решение которых будет приближать создателей к намеченной цели – созданию ИИ.
Следует отметить, что в области ИИ, несмотря на многие достижения, человечество стоит лишь в самом начале развития этого важного научного направления, и здесь открываются огромные перспективы сближения ЭВМ с «информационными» возможностями человека.
На данном этапе становления научных знаний просматриваются два направления развития ИИ. Первое заключается в решении проблем связанных с приближением специализированных систем ИИ к возможностям человека и их интеграции, которая реализована природой человека. Второе заключается в создании Искусственного Разума, представляющего интеграцию уже созданных систем ИИ в единую систему способную решать проблемы человечества. Во всех этих направлениях главные трудности связаны с тем, что недостаточно изучены и поняты принципы человеческой интеллектуальной деятельности.

(c) 2009 Раздобарина Е.А.
Все права принадлежат ООО "Смарт Автоматикс" (Smart Automatics ltd).
Ссылка на www.smaut.com при использовании материалов ОБЯЗАТЕЛЬНА.