суббота, 20 марта 2010 г.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НА ТЕМУ «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ» РОБОТЫ – ЧАСТЬ 1

1. Введение

Первый закон робототехники гласит: «Робот не может

причинить вред человеку или своим бездействием

допустить, чтобы человеку был причинен вред».

(А. Азимов)

РОБОТ – автоматическое устройство, предназначенное для осуществления производственных и других операций, обычно выполняемых человеком. Робот может иметь, какой угодно размер или форму, и работать в каком угодно режиме. Для описания автоматических устройств-роботов, не имеющих внешнего сходства с человеком, часто используется термин "автомат".

После впечатляющих успехов, достигнутых во второй половине двадцатого века при успешном внедрении промышленных роботов в процесс автоматизированного производства различной продукции, в настоящее время можно говорить о переносе центра научных исследований в область создания автономных роботов. Здесь нужно упомянуть космических роботов для изучения поверхности небесных тел Солнечной системы, роботов для подводных исследований. В ходе борьбы с терроризмом возникла острая необходимость в роботах, предназначенных для разминирования подозрительных предметов в местах скопления людей. Нужны «умные» роботы, которые могут без помощи оператора тушить пожары, самостоятельно передвигаться по заранее неизвестной пересеченной местности, выполнять спасательные операции во время стихийных бедствий, технологических аварий и т.п.

Такие роботы должны быть не просто телеуправляемыми механизмами, а иметь систему управления с элементами искусственного интеллекта. Интеллектуальной системой в технике называют системы, которые работают не по жестко заданной программе (циклограмме), а принимают решение на основе заложенных в них правил, таким образом способные к самообучению, самостоятельному анализу окружающей обстановки и принятию решений. Например, правил, регламентирующих обход препятствий на пути. Дело в том, что задачи, которые человек решает, даже не задумываясь (например, обход стула на пути к двери), для технической реализации могут оказаться достаточно сложными. Для решения именно этих задач предлагается использовать интеллектуальные подходы.

С 1960-х годов управляемые компьютерами устройства используются для обработки радиоактивных материалов и опасных, утомительных или рутинных технических работ. Применения роботов исчисляются уже сотнями, и этот перечень продолжает расти. Бионика (применение принципов и структур живой природы к искусственным системам) породила такие роботы, как электронный стимулятор сердца, искусственные сердце и почка, протезы.

В последнее время появились роботы, оснащенные упрощенными формами зрения и ощущения; они имеют память и могут принимать простые решения. В будущем роботы будут работать в домах, на заводах, в лабораториях, больницах и т.д. Каким бы ни был их внешний вид, роботы будут выполнять все больше и больше функций живых организмов. Конечным результатом в этом направлении станет АНДРОИД – робот, подобный человеку по виду и действиям.

”Возможно ли существование роботов? И если, да, так ли нам это нужно? Механические устройства с пружинами, разными приспособлениями и храповиками, конечно, могут заставить похожие на людей машины действовать похоже на людей, но суть хорошего робота заключается в его способностях думать - причем так, чтобы он мог быть полезным без постоянного надзора со стороны человека.

Роботам не нужно быть слишком умными, чтобы быть достаточно умными. Если робот сможет исполнять простые приказы и делать работу по дому, то есть управлять несложными машинами вроде кухонного комбайна, - иными словами, эффективно заниматься однообразной работой, - нас это полностью удовлетворит.

Тот, кто учится у машины, будет одновременно и учить ее. Люди, которые с удовольствием занимаются интересующими их вопросами, склонны думать, наблюдать, размышлять, ставить эксперименты и время от времени изобретать нечто новое, неизвестное до них”.

А.Азимов


2. История развития роботов

2.1. Античная история и древние века

С давних пор люди живут надеждой сделать человека более совершенным. Во-первых, развитием его физических способностей. Вспомним, например, о древнегреческих  Олимпийских играх. Во-вторых, применением приспособлений, позволяющих воспользоваться энергией внешних источников: ветром, течением воды, излучением солнца, электричеством и т. д. Понимая слабость человеческого организма, они пытались создать подобие человека, но из менее нежного и уязвимого материала.

Изобретения Архимеда, Аристотеля и Герона Александрийского было достаточно для того, чтобы первый робот появился более 2 000 лет тому назад. Именно тогда же и появился термин «андроид» и уже создавались сложные автоматы. Например, римский поэт Клавдий упоминает об автомате, изготовленном Архимедом (около 287 – 212 до н. э.). Он имел форму стеклянного шара с изображением небесного свода, на котором воспроизводилось движение всех известных в то время небесных светил. Шар вращался непрерывно сам.

В средние века уровень развития индийской, китайской, арабской механики был весьма высок. Например, в 1206 г. механик араб ал-Джазари в «Книге о познании хитроумных механических приспособлений» объяснил принципы устройства разных автоматов. Но особенно интересен период, называемый эпохой Возрождения, когда математику, механику и астрономию, как и в «античные» времена, стали относить к разряду благородных наук. Благоприятные условия для возрождения традиций античной механики создались в Италии. Там работали многие инженеры Возрождения. Наиболее известен Леонардо Да Винчи (1452 – 1519), приложивший усилия к разработке применимых к нуждам общества механизмов. В процессе их усовершенствования он искал также путь к снижению трудоемкости современных ему технологий. Рукописи Леонардо да Винчи содержат массу замыслов и идей, ряд из которых был реализован только через 250 лет после смерти. Это автоматическая прядильная машина, устройство для стрижки овец, машинка для изготовления иголок.

Автоматы, измеряющие время, были первыми автоматами, созданными для практических целей. Известно, что механические часы появились ещё в VI в. нашей эры. В XI в. их совершенствование привело к появлению циферблата и часовой стрелки. Вершиной мастерства часовщиков явилось создание механизмов, позволяющих имитировать некоторые движения людей и животных. Этим механизмам придавали внешний вид живых существ, а с помощью множества рычагов, шестеренок, барабанов со штырями, пружин осуществлялись движения.

2.2. Новая История

В XVIII веке было построено много механических кукол. Лучшие из них вошли в историю. К ним относятся автоматы французского механика Жака де Вокансона (1709 – 1782): флейтист, который играл 12 различных пьес и по-настоящему дул во флейту, а тоном звучания управлял с помощью пальцев; бронзовая утка, поражавшая современников тем, что она выполняла в точности все движения птицы[Егоров, 1990].

Известные игрушки были построены отцом и сыном Пьером и Анри Дро – швейцарами. Были созданы часы, механизм которых приводил в действие целую сцену с большим числом движущихся фигур. С большим искусством они мастерили человекоподобные устройства, способные выполнять разнообразные действия. Особенно известна одна из кукол – писец; ее можно было даже запрограммировать таким образом, чтобы она писала любой текст, правда, не более чем 40 букв. Также они изобрели и построили еще и музыкантшу. Музыкантша играла на фисгармонии, ударяя пальцами по клавишам; играя, она поворачивала голову и следила глазами за положением рук, и грудь ее поднималась и опускалась, как будто она дышала. [Артоболевский, 1977]

В 1827 г. на Невском проспекте в Петербурге Антоном Макаровичем Гамулецким был открыт «Храм очарований, или механический, физический и оптический кабинет». Чудеса в этом храме начинались прямо на лестнице. Над ее верхней площадкой парила позолоченная фигура женщины с валторной в руке, и, если кто-нибудь входил на площадку лестницы, она подносила инструмент к губам и начинала играть, шевеля пальцами естественным образом. У входа в зал стояли механические слуги, которые кланялись входившему. В зале стоял волшебный диван. Если кто-нибудь садился на него, то открывалась боковая дверь, звучала музыка, слуга-автомат выносил поднос с напитками и ставил его на стол перед гостями. Во всех помещениях храма происходили чудеса: лаяли механические собаки, ползала неживая змея, черная кошка выгибала спину и терлась о ноги посетителей[Егоров, 1990].

2.3. Автоматы в 20-м веке

В XX веке люди начали активно использовать электричество и электронику для построения, в том числе и человекоподобных игрушек (андроидов).

В 1929 г. на радиовыставке в Париже демонстрировалась электрическая собака. Когда ее освещали, она начинала двигаться на свет и лаять. Если лампочку отводили в сторону, не переставая освещать собаку, последняя поворачивалась и продолжала лаять, двигаясь к источнику света.

Робот англичанина Дениса Уестона, снабженный телевизионной системой, радиоприемником и радиопередатчиком для дистанционного управления, выполняет до 180 команд, прогуливает по улице ребенка в коляске, не ошибаясь в маршруте.

В 1966 г. преподаватель техникума Б. Н. Гришин из г. Калуги создал автоматического робота-секретаря «АРС». Такой робот отвечает на телефонные звонки, в определенное время включает телевизор, радиоприемник, следит за освещением, поддерживает определенную температуру в квартире, встречает гостей, предлагая прохладительные напитки.

К 1946 г. на электротехническом факультете Пенсильванского университета США была запущена первая ЭВМ, названная ЭНИАК. Построенная на 18 тысяч электронных ламп, она занимала большое помещение площадью около 200 квадратных метров, весила около 30 тонн и требовала 175 киловатт энергии.[Егоров, 1990]

2.4. Классификация

На первом этапе развития современной робототехники роботы представляли собой простые, легко перестраиваемые автоматические манипуляторы, работающие по жесткой программе. Операции он выполнял только при неизменных, заранее заданных положениях оборудования. Он не в состоянии оценить изменение обстановки и принять соответствующее решение. Таких роботов относят к роботам первого поколения.

Идея создания робота, способного иметь различные чувства, первоначально была выдвинута в 1956 г. американским кибернетиком К. Шенноном, работающим в Массачусетском технологическом институте. Аспирант института Г. Эрнст предложил реализовать эту идею и сконструировал руку-манипулятор, которая способна воспринимать различный ощущения. В качестве управляющей системы он использовал ЭВМ. Рука Эрнста собирала разбросанные по поверхности стола кубики и укладывала их в ящик.

Роботы, оснащенные комплексом сенсорных средств, позволяющих получать информацию об изменяющихся свойствах внешней среды, относят к роботам второго поколения. Такие роботы, способные иметь различные чувства, могут выполнять различные операции в условиях заранее неизвестных изменений окружающей обстановки, приспосабливаться к ним. Функции оператора сводятся к оценке обстановки, принятию общего решения и выдаче роботу целевых указаний на языке команд. При этом последовательность работы исполнительных устройств робот выбирает сам, непрерывно адаптируясь к окружающей среде и к своему внутреннему состоянию.

Дальнейшее развитие робототехники шло путем усовершенствования функциональных возможностей роботов за счет внедрения систем управления на базе микро ЭВМ, использования средств очувствления.

С 1960 г. по 1970 г. создавались так называемые интегральные роботы, содержащие манипуляторы, управляющие ЭВМ, различные средства очувствления и общения с человеком-оператором. Такие роботы относятся к роботам третьего поколения. Роль человека в управлении ими сводиться лишь к принципиальному анализу обстановки, принятию решений, носящих обобщенный характер, и выдаче целевых указаний. Роботы третьего поколения обладают высокими информационными возможностями, достаточными для реализации самостоятельного пространственного перемещения. Они могут планировать свои действия.

Одним из первых роботов такого типа стал робот «Шейки» Стенфордского исследовательского института (США, 1969 г.). Этот робот был снабжен телевизионной камерой, приводами колес и управлялся с помощью ЭВМ, обмен информацией, с которого осуществлялся по радио. Он мог действовать в помещениях, где находилось лишь несколько недеформируемых предметов простейшей формы. Робот обеспечивал выполнение задания, даже если оно было сформулировано в самом общем виде голосом человека-оператора. [Соловьева, 2000]

clip_image002

Рис 1. Mind map “история развития роботов”

clip_image004

Рис 2. Mind map “классификация роботов”

Комментариев нет:

Отправить комментарий