Русский      English

Досьє штучного інтелекту. Частина 1.
Сергій Бобровський

Штучний інтелект (ШІ) застосовується сьогодні в багатьох прикладних галузях. Практично усі вони, може бути, і не так швидко, як хотілося б, але неухильно і безупинно розвиваються. В останні роки сучасні IТ-технології зробили дуже різкий стрибок уперед, в основному за рахунок підвищення продуктивності масових процесорів і стрімкого здешевлення пам'яті (як оперативної, так і "твердої"). Це привело до появи додатків, у яких утілені серйозні теоретичні наробітки ШІ.

При цьому можна відзначити дві тенденцій. З однієї сторони найбільший у світі фінансист досліджень по ШІ (особливо по робототехніці) - це військове наукове агентство DARPA. Сучасна зброя немислима без підходів ШІ (переважно нейронних технологій, нечітких експертних систем і інтелектуальних обчилювачів), що дозволяють за допомогою щодо малих ресурсів одержувати досить точні результати, для перебування яких класичними методами чисельної математики потрібні були б потужності суперкомп'ютерів. Наприклад, реалізація режиму автономного польоту на невеликій висоті в поганих погодних умовах без використання заздалегідь підготовленої комп'ютерної бази рельєфу вимагає застосування високоефективних механізмів синхронізації руху з даними, одержуваними від системи навігації GPS, відеокамер, радарів і інших датчиків.

У зв'язку з цим стан визначених напрямків у ШІ закрито від сторонніх очей.

З іншої сторони ринок побутових роботів і інтелектуальних домашніх пристроїв уже сьогодні приносить чималий прибуток, а в перспективі це буде величезний бізнес, тому комерційні компанії займаються дослідженнями з ШІ самотужки, у чомусь дублюючи DARPA та інші подібні організації (хоча, швидше за все, не випереджаючи їх).

У дійсному огляді розглядаються найбільш значимі події, що відбулися в різних галузях ШІ за останні кілька років. Треба відзначити, що основна частина реально використовуваних систем звичайно створюється з залученням різних технологій ШІ, що дозволяє істотно підвищити якість кінцевого результату.

Більш докладну інформацію з ШІ можна без проблем знайти в Інтернеті. Наприклад, велика добірка матеріалів розташована за адресою http://dіr.yahoo.com/Science/Computer_Science/Artificial_Intelligence/.

Експертні системи

Створення експертних систем (ЕС) традиційно вважається класичним заняттям для фахівців зі ШІ. ЕС багаторазово ховалися, визнавалися тупиковим напрямком, проте комп'ютери навчилися радити в конкретних галузях людської діяльності на рівні гарних експертів.

Основний акцент у сучасних ЕС робиться на прийнятті оперативних рішень у реальному масштабі часу. Це пояснюється нестатками сучасного бізнесу. Комерційні ЕС контролюють великі промислові процеси, приймають рішення за результатами показань сотень периферійних пристроїв, керують великими мережами, розподіленими СУБД, підказуючи оператору, як надійти в складній обстановці, а в критичних ситуаціях, що вимагають негайного рішення, беруть керування на себе. Досить активно розвивається і такий напрямок, як автоматичне нагромадження знань, що знімає з людини рутинну роботу з якісного аналізу різних процесів. Практично всі сучасні системи розкопки даних являють собою ЕС.

Правда, стара схема ЕС, заснованих на системі правил і версій, що створювалися на базі версій Ліспа і Прологу, сьогодні не настільки популярна, як раніш. Практично у всіх комерційних продуктах застосовуються більш гнучкі походи - нечіткі технології (коли замість звичайної двійкової логіки "так-ні" використовується логіка з нескінченним числом станів), Bayesian-мережі, що враховують імовірності переходу вузлів в інші стани, і т.ін.

Наприклад, система MOBAL дає можливість будувати модель поняття в термінах логічних правил і фактів, дозволяючи за допомогою мови пошуку схожих об'єктів Query-by-Similarity у сполученні з нечіткою логікою створювати дуже гнучкі системи збереження й обробки інформації.

Інтелектуальний обчислювач C-PRS (Procedural Reasoning System in C), написаний на стандарті ANSI C, використовується НАСА, в авіапромисловості, у системах керуванні перевезеннями і мобільними роботами. Він переносимо, дуже компактний і за допомогою кросс-платформних компіляторів допускає вбудовування практично в будь-яке устаткування.

У Росії здійснено кілька упроваджень великої ЕС контролю, керування і моделювання складних процесів Gensym G2.

Група адаптивних систем корпорації Microsoft працює над удосконалюванням технології Offіce Assistant, що дозволяє відслідковувати поводження користувача і підказувати йому правильні дії в заплутаних ситуаціях.

У відкритий проект AIOS (http://blkbox.com/~cravey/aios) запрошуються всі бажаючі. Він присвячений створенню ОС з елементами ШІ. У неї будуть вбудовані технології обробки природної мови, автоматичного рішення задач і самонавчання.

Комерційні системи мають досить великий ціновий діапазон, і якщо прості настільні системи коштують кілька сотень доларів, то ціна промислових додатків зростає в тисячу разів, що свідчить про їхню безсумнівну затребуваність.

Робототехніка

При створенні домашніх автономних пристроїв часом виникає більше проблем, ніж при створенні військових та космічних роботів. Але в житлових будинках не буває перепадів температур у сотні градусів, а перевищення швидкості на десятки сантиметрів несуттєво (що в умовах невагомості може відразу привести до аварії), вимога максимальної безпеки значно ускладнює життя розроблювачам.

Швидше всього сьогодні розвивається ринок автономних домашніх пилососів (див. PC Week/RE, № 40/99, с. 4). Такі моделі обладнані навігаційною системою і всілякими периферійними датчиками. Роботи-пилососи переміщаються по квартирі по випадкових траєкторіях, збираючи сміття й об'їжджаючи статичні предмети, і утікають від об'єктів, що рухаються, (людей і тварин). Крім того, розумні пилососи здатні самостійно повертатися на своє "місце проживання" для підзарядки.

Інший перспективний ринок - автономні газонокосарки. Наприклад, фірма Electrolux випускає косарки, здатні підзаряджатися від сонячної батареї, запасатися енергією на ніч і працювати практично цілодобово.

Більш досконалі моделі інтелектуальних побутових пристроїв крім збирання сміття здатні виконувати безліч додаткових функцій - наприклад, підносити напої і тапочки. Робот Cye фірми Probotics, постійно підключений до ПК, дистанційно керується закладеною в комп'ютер програмою. За допомогою зручного візуального інструмента користувач може, використовуючи план кімнат, визначити для Cye траєкторії пересування, доступні і заборонені галузі в квартирі. Спілкування з роботом виконується по протоколу, що містить 35 команд і 20 відповідних повідомлень від робота. Важливо, що ПО Cye відкрито для удосконалювання, дозволяє розширювати базові можливості системи і створювати на його основі власні програми керування роботом. У майбутніх версіях Cye буде підтримуватися навігаційна система GPS, і він зможе пересуватися не тільки по кімнатах, але і на присадибній ділянці.

Попит на подібні пристрої росте, і відома компанія NEC уже представила модель Personal Robot R100, що надійде в продаж у 2001 р. Зараз модель проходить тестування в дослідницькому центрі компанії, і журналісти вже могли бачити, як робот висотою 44 см і вагою 8 кг в'їжджає в кімнату керівниці проекту Йошихиро Фуджито, обертає телеоком, розпізнає її обличчя серед облич інших присутніх і звертається до неї зі словами: "Мама! Вам що-небудь треба?". У цілому робот здатний вимовляти 300 фраз, розуміти сотні команд і розрізняти 10 облич.

R100 може приносити дрібні речі, виймати пошту із шухляди, включати і виключати телевізор і кондиціонер, записувати відеоповідомлення і передавати їх по призначенню. Він підключений до ПК і має вбудований процесор Іntel 486 DX4. На основі цієї моделі NEC планує в майбутньому випускати робокотів і робособак.

Співробітники лабораторії ШІ Массачусетського інституту вважають, що робот - це не просто прислуга. Він обов'язково повинен взаємодіяти з навколишнім світом і виконувати соціально значимі функції. Виходячи з цієї посилки, вони розробляють робота Cog, своїм зовнішнім виглядом і частково пристроєм що нагадує людину. Щоб додати роботу звичну людям ходу, припустимі кути згинання його рук і ніг зроблені приблизно рівними людським. Як очі робота застосовуються чотири відеокамери (по дві на кожне "око"), що розпізнають відтінки сірий і імітують режим бінокулярного зору. У вушних раковинах, що працюють за принципом локатора, установлені мікрофони, на кінцівках і тулубі - датчики тиску (імітація дотику).

Вестибулярний апарат моделюється трьома гіроскопами, розташованими в голові робота. Єдине, що поки не реалізовано за аналогією - нюх.

Система керування являє собою складну ієрархію пристроїв, від периферійних мікроконтролерів керування положенням ступні до мережі цифрової сигнальної системи обробки відео- і аудіоінформації. У більшість вузлів Cog убудовані процесори Motorola 68332 16 Мгц, на яких виконується інтерпретатор L (версія Common Lisp). інтенсивна обробка інформації відбувається в мережі промислових 200 Мгц процесорів в ОС реального часу QNX.

Університет Північної Кароліни розробляє роботів, здатних переміщатися в завалах і рятувати людей, які опинитися під руїнами в результаті різних катастроф. Робот Moccasin ІІ, що нагадує сегментованого черв'яка, може проповзати в тунелях діаметром 20 см і повертати на 90 градусів у будь-яких напрямках, аналізуючи інформацію від відеокамери з підсвічуванням і датчиків тиску, за допомогою яких він "відчуває" стіни і їхні вигини. Moccasin ІІ використовує не електричний, а пневматичний двигун (тому що електричні іскри можуть спровокувати вибух скупчень газу) і пересувається як звичайний черв'як - стискаючи і розтягуючи своє тіло. Наступні моделі робота можна буде без побоювання застосовувати при обстеженні великих технологічних конструкцій (танкерів, літаків).

НАСА створила робота величиною з невеликий м'ячик. Він розуміє голосові команди, має відеокамеру, датчиками температури, тиску і газових аналізаторів і здатний самостійно подорожувати усередині космічних станцій, виконуючи моніторинг їхнього стану.

Військова лабораторія США Jet Propulsion Laboratory разом з японським інститутом аерокосмічних досліджень намітила на січень 2002 р. першу в історії людства висадження робота на астероїд Nereus (1989ML). Він повинен буде зібрати зразки грунту і повернутися назад на корабель. Поки прообраз цього робота являє собою чотириколісний усюдихід вагою 2 кг і розміром 28 куб. см. Він може піднімати своє "тіло" значно вище положення колісних осей чи опускати його на грунт для узяття проб, підстрибувати, пробиратися у вузьких тунелях і, що дуже важливо, перевертатися зі спини на колеса у випадку несподіваного невдалого падіння. Робот постачений сонячними батареями, відеокамерою, інфрачервоним випромінювачем і системою зв'язку з посадковим модулем і Землею. Для керування маніпуляторами планується використовувати штучні мускули на основі електроактивних полімерів. У перспективі для дослідження Марса, астероїдів і комет цією же командою будуть створюватися мікророботи вагою від 100 до 10 грамів.

Американська Асоціація по ШІ на Національній конференції 1999 р. організувала цікавий турнір. Відповідно до його умов роботи повинні були самостійно добратися до залу засідань. Для цього їм було потрібно вистояти в черзі на реєстрацію, піднятися по ескалатору, одержати кольоровий баджет на "шию", вийти (чи виповзти) на сцену, протягом 2 хвилин розповісти про себе і спробувати відповісти на найпростіші питання. При цьому враховувався ступінь зовнішньої подібності робота на людину. У першому турнірі роботи двох університетських команд, добираючи до конференц-залу, пробували хитрити - один просив навколишніх підказати йому правильний напрямок руху, а другий легенько підштовхував людей, звертаючи до них із проханням віднести його в зал.

Японські вчені, традиційно схильні до мініатюризації, створили робот довжиною 1 см і масою в півграму. Він призначений для обслуговування АЕС і ТЕС і відновлення ушкоджених ділянок електростанцій. Робот здатний проникати в ушкоджені зони, проповзати по найтонших трубках і закривати уражені області своїм тілом.

У медичному центрі державного університету штату Огайо створений робот- хірург, що має відеокамеру і дві невеликі руки-маніпулятори, а керує їм людина за допомогою комп'ютера. Через невеликі розрізи на тілі пристрій проникає в серце, після чого на підставі отриманої від нього відеоінформації комп'ютер формує тривимірний образ органа, що дозволяє виконувати операцію значно ефективніше. Хірурги одностайно визнали користь такого пристрою.

Військові медики США створили робот для проведення операцій у польових умовах. Їм можна дистанційно керувати з будь-якої відстані. Робот постачений двома маніпуляторами, на кожнім з який установлено по 7 моторів і ще 14 моторів визначають положення тіла. Система передає лікарю тривимірне зображення області яка оперується і звуковий фон і забезпечує зворотний зв'язок з хірургом, повідомляючи йому інформацію, зв'язану з навантаженням на скальпель. Комп'ютерний модуль компенсує природне тремтіння рук людини, підвищена точність рухів маніпуляторів.

Схожі роботи проводяться в російському Науковому центрі серцево-судинної хірургії імені Бакулева РАМН. Використовуваний там робот також постачений декількома маніпуляторами, здатними тримати різні інструменти (скальпель, пінцет і т.д.). Завдяки підвищеному числу ступенів волі він може працювати в самих незручних, недоступних для людини положеннях. Лікар за монітором стежить за збільшеною зоною операції і керує маніпуляторами, подаючи через комп'ютер голосові команди.

Військових у робототехніці цікавлять насамперед автономні літаючі пристрої для збору розвідувальної інформації. Агентство DARPA готове фінансувати випуск безпілотних літаків, протягом 20-60 хв. польоту що долають 30-60 км і, що мають при цьому масу не більш 1 кг, а розміри - 20 см.

Фірма AeroVironment розробила літак довжиною 7,5 см, який постачається різними датчиками та може бути посланий на розвідку в дуже складних умовах - наприклад, у місті. Поки головною проблемою залишається посадка такого літака, що звичайно не обходиться без поломок. Крім того, важко знайти невеликий і досить могутній двигун, тому фірма розглядає можливість застосування альтернативних (хімічних) джерел енергії. Поки її літачок із двограмовим пропелером тримається в повітрі 16 хв, розвиваючи з побіжним вітром швидкість 70 км/год.

Співробітники лабораторії Вандербилтського університету пішли по іншому шляху. Вони намагаються створити роботів, що імітують рухи комах. У них будуть застосовані п'єзоелектричні приводи, використовувані в пейджерах і мати ККД до 90% (ККД моторів, виконаних по інших технологіях, як правило, складає близько 60%).

Поки військові тільки готуються до боїв без участі людей, ентузіасти вже перетворили такі війни в дохідний бізнес. У США щорічно проводиться безліч змагань між роботами, ціль яким одна - за будь-яку ціну "замочити" супротивника. У турнірі BattleBots борються радіокеруємі роботи, озброєні молотками і лозинами; у вже шостому по рахунку конкурсі Fire-Fighting Home Robot Contest автономні роботи стріляють один у одного, переміщаючи усередині житлового будинку; організація Seattle Robotics Society проводить цілий турнір для роботів Robothon, у який крім бійок входять такі види "спорту", як сумо, віджимання і т.ін.

Для тих, хто не має можливості створити свого робота і відправитися з ним у США, можна запропонувати віртуальний турнір, який проводиться на сайті http://www.robotwar3d.com/.


Переклад з російської Малашок Т.І.
Матеріали опубліковані з дозволу редакції сайту "Виртуальный компьютерный музей"
Хронологія розвитку обчислювальної техніки в Україні