Русский      English

Досьє штучного iнтелекту. Частина 1.
Сергiй Бобровський

Штучний iнтелект (ШI) застосовується сьогоднi в багатьох прикладних галузях. Практично усi вони, може бути, i не так швидко, як хотiлося б, але неухильно i безупинно розвиваються. В останнi роки сучаснi IТ-технологiї зробили дуже рiзкий стрибок уперед, в основному за рахунок пiдвищення продуктивностi масових процесорiв i стрiмкого здешевлення пам'ятi (як оперативної, так i "твердої"). Це привело до появи додаткiв, у яких утiленi серйознi теоретичнi наробiтки ШI.

При цьому можна вiдзначити двi тенденцiй. З однiєї сторони найбiльший у свiтi фiнансист дослiджень по ШI (особливо по робототехнiцi) - це вiйськове наукове агентство DARPA. Сучасна зброя немислима без пiдходiв ШI (переважно нейронних технологiй, нечiтких експертних систем i iнтелектуальних обчилювачiв), що дозволяють за допомогою щодо малих ресурсiв одержувати досить точнi результати, для перебування яких класичними методами чисельної математики потрiбнi були б потужностi суперкомп'ютерiв. Наприклад, реалiзацiя режиму автономного польоту на невеликiй висотi в поганих погодних умовах без використання заздалегiдь пiдготовленої комп'ютерної бази рельєфу вимагає застосування високоефективних механiзмiв синхронiзацiї руху з даними, одержуваними вiд системи навiгацiї GPS, вiдеокамер, радарiв i iнших датчикiв.

У зв'язку з цим стан визначених напрямкiв у ШI закрито вiд стороннiх очей.

З iншої сторони ринок побутових роботiв i iнтелектуальних домашнiх пристроїв уже сьогоднi приносить чималий прибуток, а в перспективi це буде величезний бiзнес, тому комерцiйнi компанiї займаються дослiдженнями з ШI самотужки, у чомусь дублюючи DARPA та iншi подiбнi органiзацiї (хоча, швидше за все, не випереджаючи їх).

У дiйсному оглядi розглядаються найбiльш значимi подiї, що вiдбулися в рiзних галузях ШI за останнi кiлька рокiв. Треба вiдзначити, що основна частина реально використовуваних систем звичайно створюється з залученням рiзних технологiй ШI, що дозволяє iстотно пiдвищити якiсть кiнцевого результату.

Бiльш докладну iнформацiю з ШI можна без проблем знайти в Iнтернетi. Наприклад, велика добiрка матерiалiв розташована за адресою http://dir.yahoo.com/Science/Computer_Science/Artificial_Intelligence/.

Експертнi системи

Створення експертних систем (ЕС) традицiйно вважається класичним заняттям для фахiвцiв зi ШI. ЕС багаторазово ховалися, визнавалися тупиковим напрямком, проте комп'ютери навчилися радити в конкретних галузях людської дiяльностi на рiвнi гарних експертiв.

Основний акцент у сучасних ЕС робиться на прийняттi оперативних рiшень у реальному масштабi часу. Це пояснюється нестатками сучасного бiзнесу. Комерцiйнi ЕС контролюють великi промисловi процеси, приймають рiшення за результатами показань сотень периферiйних пристроїв, керують великими мережами, розподiленими СУБД, пiдказуючи оператору, як надiйти в складнiй обстановцi, а в критичних ситуацiях, що вимагають негайного рiшення, беруть керування на себе. Досить активно розвивається i такий напрямок, як автоматичне нагромадження знань, що знiмає з людини рутинну роботу з якiсного аналiзу рiзних процесiв. Практично всi сучаснi системи розкопки даних являють собою ЕС.

Правда, стара схема ЕС, заснованих на системi правил i версiй, що створювалися на базi версiй Лiспа i Прологу, сьогоднi не настiльки популярна, як ранiш. Практично у всiх комерцiйних продуктах застосовуються бiльш гнучкi походи - нечiткi технологiї (коли замiсть звичайної двiйкової логiки "так-нi" використовується логiка з нескiнченним числом станiв), Bayesian-мережi, що враховують iмовiрностi переходу вузлiв в iншi стани, i т.iн.

Наприклад, система MOBAL дає можливiсть будувати модель поняття в термiнах логiчних правил i фактiв, дозволяючи за допомогою мови пошуку схожих об'єктiв Query-by-Similarity у сполученнi з нечiткою логiкою створювати дуже гнучкi системи збереження й обробки iнформацiї.

Iнтелектуальний обчислювач C-PRS (Procedural Reasoning System in C), написаний на стандартi ANSI C, використовується НАСА, в авiапромисловостi, у системах керуваннi перевезеннями i мобiльними роботами. Вiн переносимо, дуже компактний i за допомогою кросс-платформних компiляторiв допускає вбудовування практично в будь-яке устаткування.

У Росiї здiйснено кiлька упроваджень великої ЕС контролю, керування i моделювання складних процесiв Gensym G2.

Група адаптивних систем корпорацiї Microsoft працює над удосконалюванням технологiї Office Assistant, що дозволяє вiдслiдковувати поводження користувача i пiдказувати йому правильнi дiї в заплутаних ситуацiях.

У вiдкритий проект AIOS (http://blkbox.com/~cravey/aios) запрошуються всi бажаючi. Вiн присвячений створенню ОС з елементами ШI. У неї будуть вбудованi технологiї обробки природної мови, автоматичного рiшення задач i самонавчання.

Комерцiйнi системи мають досить великий цiновий дiапазон, i якщо простi настiльнi системи коштують кiлька сотень доларiв, то цiна промислових додаткiв зростає в тисячу разiв, що свiдчить про їхню безсумнiвну затребуванiсть.

Робототехнiка

При створеннi домашнiх автономних пристроїв часом виникає бiльше проблем, нiж при створеннi вiйськових та космiчних роботiв. Але в житлових будинках не буває перепадiв температур у сотнi градусiв, а перевищення швидкостi на десятки сантиметрiв несуттєво (що в умовах невагомостi може вiдразу привести до аварiї), вимога максимальної безпеки значно ускладнює життя розроблювачам.

Швидше всього сьогоднi розвивається ринок автономних домашнiх пилососiв (див. PC Week/RE, № 40/99, с. 4). Такi моделi обладнанi навiгацiйною системою i всiлякими периферiйними датчиками. Роботи-пилососи перемiщаються по квартирi по випадкових траєкторiях, збираючи смiття й об'їжджаючи статичнi предмети, i утiкають вiд об'єктiв, що рухаються, (людей i тварин). Крiм того, розумнi пилососи здатнi самостiйно повертатися на своє "мiсце проживання" для пiдзарядки.

Iнший перспективний ринок - автономнi газонокосарки. Наприклад, фiрма Electrolux випускає косарки, здатнi пiдзаряджатися вiд сонячної батареї, запасатися енергiєю на нiч i працювати практично цiлодобово.

Бiльш досконалi моделi iнтелектуальних побутових пристроїв крiм збирання смiття здатнi виконувати безлiч додаткових функцiй - наприклад, пiдносити напої i тапочки. Робот Cye фiрми Probotics, постiйно пiдключений до ПК, дистанцiйно керується закладеною в комп'ютер програмою. За допомогою зручного вiзуального iнструмента користувач може, використовуючи план кiмнат, визначити для Cye траєкторiї пересування, доступнi i забороненi галузi в квартирi. Спiлкування з роботом виконується по протоколу, що мiстить 35 команд i 20 вiдповiдних повiдомлень вiд робота. Немаловажно, що ПО Cye вiдкрито для удосконалювання, дозволяє розширювати базовi можливостi системи i створювати на його основi власнi програми керування роботом. У майбутнiх версiях Cye буде пiдтримуватися навiгацiйна система GPS, i вiн зможе пересуватися не тiльки по кiмнатах, але i на присадибнiй дiлянцi.

Попит на подiбнi пристрої росте, i вiдома компанiя NEC уже представила модель Personal Robot R100, що надiйде в продаж у 2001 р. Зараз модель проходить тестування в дослiдницькому центрi компанiї, i журналiсти вже могли бачити, як робот висотою 44 см i вагою 8 кг в'їжджає в кiмнату керiвницi проекту Йошихиро Фуджито, обертає телеоком, розпiзнає її обличчя серед облич iнших присутнiх i звертається до неї зi словами: "Мама! Вам що-небудь треба?". У цiлому робот здатний вимовляти 300 фраз, розумiти сотнi команд i розрiзняти 10 облич.

R100 може приносити дрiбнi речi, виймати пошту iз шухляди, включати i виключати телевiзор i кондицiонер, записувати вiдеоповiдомлення i передавати їх по призначенню. Вiн пiдключений до ПК i має вбудований процесор Intel 486 DX4. На основi цiєї моделi NEC планує в майбутньому випускати робокотiв i робособак.

Спiвробiтники лабораторiї ШI Массачусетського iнституту вважають, що робот - це не просто прислуга. Вiн обов'язково повинен взаємодiяти з навколишнiм свiтом i виконувати соцiально значимi функцiї. Виходячи з цiєї посилки, вони розробляють робота Cog, своїм зовнiшнiм виглядом i частково пристроєм що нагадує людину. Щоб додати роботу звичну людям ходу, припустимi кути згинання його рук i нiг зробленi приблизно рiвними людським. Як очi робота застосовуються чотири вiдеокамери (по двi на кожне "око"), що розпiзнають вiдтiнки сiрий i iмiтують режим бiнокулярного зору. У вушних раковинах, що працюють за принципом локатора, установленi мiкрофони, на кiнцiвках i тулубi - датчики тиску (iмiтацiя дотику).

Вестибулярний апарат моделюється трьома гiроскопами, розташованими в головi робота. Єдине, що поки не реалiзовано за аналогiєю - нюх.

Система керування являє собою складну iєрархiю пристроїв, вiд периферiйних мiкроконтролерiв керування положенням ступнi до мережi цифрової сигнальної системи обробки вiдео- i аудiоiнформацiї. У бiльшiсть вузлiв Cog убудованi процесори Motorola 68332 16 Мгц, на яких виконується iнтерпретатор L (версiя Common Lisp). iнтенсивна обробка iнформацiї вiдбувається в мережi промислових 200 Мгц процесорiв в ОС реального часу QNX.

Унiверситет Пiвнiчної Каролiни розробляє роботiв, здатних перемiщатися в завалах i рятувати людей, якi опинитися пiд руїнами в результатi рiзних катастроф. Робот Moccasin II, що нагадує сегментованого черв'яка, може проповзати в тунелях дiаметром 20 см i повертати на 90 градусiв у будь-яких напрямках, аналiзуючи iнформацiю вiд вiдеокамери з пiдсвiчуванням i датчикiв тиску, за допомогою яких вiн "вiдчуває" стiни i їхнi вигини. Moccasin II використовує не електричний, а пневматичний двигун (тому що електричнi iскри можуть спровокувати вибух скупчень газу) i пересувається як звичайний черв'як - стискаючи i розтягуючи своє тiло. Наступнi моделi робота можна буде без побоювання застосовувати при обстеженнi великих технологiчних конструкцiй (танкерiв, лiтакiв).

НАСА створила робота величиною з невеликий м'ячик. Вiн розумiє голосовi команди, має вiдеокамеру, датчиками температури, тиску i газових аналiзаторiв i здатний самостiйно подорожувати усерединi космiчних станцiй, виконуючи монiторинг їхнього стану.

Вiйськова лабораторiя США Jet Propulsion Laboratory разом з японським iнститутом аерокосмiчних дослiджень намiтила на сiчень 2002 р. першу в iсторiї людства висадження робота на астероїд Nereus (1989ML). Вiн повинен буде зiбрати зразки грунту i повернутися назад на корабель. Поки прообраз цього робота являє собою чотириколiсний усюдихiд вагою 2 кг i розмiром 28 куб. см. Вiн може пiднiмати своє "тiло" значно вище положення колiсних осей чи опускати його на грунт для узяття проб, пiдстрибувати, пробиратися у вузьких тунелях i, що дуже важливо, перевертатися зi спини на колеса у випадку несподiваного невдалого падiння. Робот постачений сонячними батареями, вiдеокамерою, iнфрачервоним випромiнювачем i системою зв'язку з посадковим модулем i Землею. Для керування манiпуляторами планується використовувати штучнi мускули на основi електроактивних полiмерiв. У перспективi для дослiдження Марса, астероїдiв i комет цiєю же командою будуть створюватися мiкророботи вагою вiд 100 до 10 грамiв.

Американська Асоцiацiя по ШI на Нацiональнiй конференцiї 1999 р. органiзувала цiкавий турнiр. Вiдповiдно до його умов роботи повиннi були самостiйно добратися до залу засiдань. Для цього їм було потрiбно вистояти в черзi на реєстрацiю, пiднятися по ескалатору, одержати кольоровий баджет на "шию", вийти (чи виповзти) на сцену, протягом 2 хвилин розповiсти про себе i спробувати вiдповiсти на найпростiшi питання. При цьому враховувався ступiнь зовнiшньої подiбностi робота на людину. У першому турнiрi роботи двох унiверситетських команд, добираючи до конференц-залу, пробували хитрити - один просив навколишнiх пiдказати йому правильний напрямок руху, а другий легенько пiдштовхував людей, звертаючи до них iз проханням вiднести його в зал.

Японськi вченi, традицiйно схильнi до мiнiатюризацiї, створили робот довжиною 1 см i масою в пiвграму. Вiн призначений для обслуговування АЕС i ТЕС i вiдновлення ушкоджених дiлянок електростанцiй. Робот здатний проникати в ушкодженi зони, проповзати по найтонших трубках i закривати ураженi областi своїм тiлом.

У медичному центрi державного унiверситету штату Огайо створений робот- хiрург, що має вiдеокамеру i двi невеликi руки-манiпулятори, а керує їм людина за допомогою комп'ютера. Через невеликi розрiзи на тiлi пристрiй проникає в серце, пiсля чого на пiдставi отриманої вiд нього вiдеоiнформацiї комп'ютер формує тривимiрний образ органа, що дозволяє виконувати операцiю значно ефективнiше. Хiрурги одностайно визнали користь такого пристрою.

Вiйськовi медики США створили робот для проведення операцiй у польових умовах. Їм можна дистанцiйно керувати з будь-якої вiдстанi. Робот постачений двома манiпуляторами, на кожнiм з який установлено по 7 моторiв i ще 14 моторiв визначають положення тiла. Система передає лiкарю тривимiрне зображення областi яка оперується i звуковий фон i забезпечує зворотний зв'язок з хiрургом, повiдомляючи йому iнформацiю, зв'язану з навантаженням на скальпель. Комп'ютерний модуль компенсує природне тремтiння рук людини, пiдвищена точнiсть рухiв манiпуляторiв.

Схожi роботи проводяться в росiйському Науковому центрi серцево-судинної хiрургiї iменi Бакулева РАМН. Використовуваний там робот також постачений декiлькома манiпуляторами, здатними тримати рiзнi iнструменти (скальпель, пiнцет i т.д.). Завдяки пiдвищеному числу ступенiв волi вiн може працювати в самих незручних, недоступних для людини положеннях. Лiкар за монiтором стежить за збiльшеною зоною операцiї i керує манiпуляторами, подаючи через комп'ютер голосовi команди.

Вiйськових у робототехнiцi цiкавлять насамперед автономнi лiтаючi пристрої для збору розвiдувальної iнформацiї. Агентство DARPA готове фiнансувати випуск безпiлотних лiтакiв, протягом 20-60 хв. польоту що долають 30-60 км i, що мають при цьому масу не бiльш 1 кг, а розмiри - 20 см.

Фiрма AeroVironment розробила лiтак довжиною 7,5 см, який постачається рiзними датчиками та може бути посланий на розвiдку в дуже складних умовах - наприклад, у мiстi. Поки головною проблемою залишається посадка такого лiтака, що звичайно не обходиться без поломок. Крiм того, важко знайти невеликий i досить могутнiй двигун, тому фiрма розглядає можливiсть застосування альтернативних (хiмiчних) джерел енергiї. Поки її лiтачок iз двограмовим пропелером тримається в повiтрi 16 хв, розвиваючи з побiжним вiтром швидкiсть 70 км/год.

Спiвробiтники лабораторiї Вандербилтського унiверситету пiшли по iншому шляху. Вони намагаються створити роботiв, що iмiтують рухи комах. У них будуть застосованi п'єзоелектричнi приводи, використовуванi в пейджерах i мати ККД до 90% (ККД моторiв, виконаних по iнших технологiях, як правило, складає близько 60%).

Поки вiйськовi тiльки готуються до боїв без участi людей, ентузiасти вже перетворили такi вiйни в дохiдний бiзнес. У США щорiчно проводиться безлiч змагань мiж роботами, цiль яким одна - за будь-яку цiну "замочити" супротивника. У турнiрi BattleBots борються радiокеруємi роботи, озброєнi молотками i лозинами; у вже шостому по рахунку конкурсi Fire-Fighting Home Robot Contest автономнi роботи стрiляють один у одного, перемiщаючи усерединi житлового будинку; органiзацiя Seattle Robotics Society проводить цiлий турнiр для роботiв Robothon, у який крiм бiйок входять такi види "спорту", як сумо, вiджимання i т.iн.

Для тих, хто не має можливостi створити свого робота i вiдправитися з ним у США, можна запропонувати вiртуальний турнiр, який проводиться на сайтi http://www.robotwar3d.com/.


Переклад з росiйської Малашок Т.I.
Матерiали опублiкованi з дозволу редакцiї сайту "Виртуальный компьютерный музей"
Хронологiя розвитку обчислювальної технiки в Українi