И. Артоболевский - Знакомьтесь - роботы!
Рука Г. Эрнста оснащена двумя группами датчиков. Одну образуют датчики, установленные во всех подвижных сочленениях. Они посылают информацию о том, как выполняются сигналы, управляющие движениями руки. Это датчики внутренней обратной связи, действующей по обычной замкнутой схеме. В ней непрерывно сравниваются положения руки, которые задает управляющая машина, с положениями, которые рука занимает в действительности, и в соответствии с результатами сравнения ЭВМ непрерывно генерирует сигналы управления, устраняющие рассогласование, заставляя механическую руку занимать нужные положения и нужным образом менять их.
Вторая группа датчиков, очувствляющих руку, установлена на захвате. Именно эти датчики связывают ее с внешним миром.
Захват, как обычно, состоит из двух пальцев. Но теперь верхний, нижний и наружный торцы каждого пальца оснащены контактными датчиками, работающими в двоичном коде: включен — выключен. Эти датчики сигнализируют о том, что рука наткнулась на объект нерабочими участками. На внутреннем и передних торцах каждого пальца расположено еще по восемь датчиков. Они работают уже не в двоичном коде, а генерируют сигналы, величины которых пропорциональны силе нажатия на датчик. Шесть из них расположены на внутренних плоскостях захвата и генерируют информацию о том, какие части пальцев схватили объект и с какой силой его сжимают.
Два датчика, расположенные на передних торцах каждого из пальцев, регистрируют силу сопротивления движению захвата со стороны объекта. В случае, если рука с ним сталкивается в процессе движения, эти датчики позволяют получить информацию о протяженности и размерах этого объекта.
Таким образом, захват — его рабочие и нерабочие поверхности — снабжен подобием осязания и очувствлен по силе сжатия. Кроме того, на передних торцах пальцев между датчиками осязания помещено по "глазу" фотоэлементу, реагирующему на затенение: когда рука приближается передним торцом к какому-либо объекту, но еще не ударяется о него, ЭВМ посылает сигнал о приближающейся опасности и о необходимости снизить скорость.
Вся информация, собираемая рукой в процессе ее движения, передается в ЭВМ, где она обрабатывается и используется при реализации заданной программы, согласно которой рука должна, например, собрать рассыпанные в беспорядке кубики и сложить в коробку. Сбор кубиков для робототехники — "эталонная" задача, имеющая множество вариантов. В варианте, заданном руке Г. Эрнста, эта двигательная задача была описана следующей последовательностью сформулированных на машинном языке операций в программе, введенной в ЭВМ.
1. Рука начинает поисковые движения с целью найти коробку. Коробка выше и больше кубиков. Эти признаки должны помочь руке найти коробку, отличив ее от кубиков.
2. Найдя коробку, ЭВМ определяет ее абсолютное положение и размеры, а также положение руки, в котором она находится, отыскивая коробку. ЭВМ запоминает эту информацию, которая понадобится при складывании кубиков в коробку.
3. Затем рука отправляется на поиск кубиков. Наткнувшись на один из них, она определяет его положение и размеры, чтобы правильно ориентировать захват относительно кубика.
4. Рука схватывает кубик и несет его к месту расположения коробки: она движется до тех пор, пока не наткнется на коробку.
5. Определяется правильное расположение кубика относительно коробки, после чего кубик опускается в коробку.
6. Рука отправляется туда, где она нашла предыдущий кубик, и оттуда отправляется на поиск следующего кубика.
В процессе поиска кубиков рука периодически совершает контрольные движения, чтобы убедиться, что поиск ведется достаточно низко над столом. Если она в процессе поиска ударяется о стол, поиск прекращается, и рука выбирает правильное положение по вертикали.
В этом перечне не нашли отражения многие указания, которые в действительности оговорены в программе, чтобы предупредить недоразумения, могущие возникнуть в процессе действия руки. Так, в частности, при сборе кубиков она может неудачно зацепить кубик, столкнуть коробку, вторично натолкнуться на коробку и пр. В подобных случаях программа предусматривает различные специальные указания или команды на перевод руки на ручное управление, и тогда в управление роботом вмешивается оператор.
Сама программа, конечно, содержит гораздо больше подробностей, чем те, что перечислены под номерами 1, 2…6. В ней расписана процедура поиска, указан целесообразный порядок поиска, указано, что делать, когда замыкается тот или иной контакт, как в том или другом случае устанавливать или поворачивать захват. Другими словами, в программе сбора кубиков поведение руки и ее реакции при взаимодействии с внешним миром записаны с необходимой степенью подробности и, конечно, языком, понятным цифровой машине, то есть числами. Робот в процессе решения поставленной ему задачи будет "железно" следовать всем ее указаниям.
Третье поколение
Ребенку не представляет труда собрать кубики, на которых наклеены изображения цветов или грибов, поскольку он знает, что это такое. Ему достаточно показать изображение гаек, цифр, космических ракет, и он затем легко соберет кубики с такими изображениями. Мозг человека, как губка, впитывает картины внешнего мира и обладает поразительной способностью к запоминанию, различению и сопоставлению явлений двух миров: внешнего и внутреннего.
Сбор и складывание кубиков — элементарная задача для ребенка. Робот Шеннона — Минского — Эрнста решает только один из ее вариантов, но даже и для этого его пришлось снабдить собственным "внутренним миром", дающим ему представление, например, о том, чем должна отличаться коробка от кубика. Его интеллектуальные совершенства уже намного выше, чем у "версатрана", и он имеет больше оснований поетендовать на моделирование поведения живого существа, непосредственно взаимодействующего с внешним физическим миром. Можно уверенно причислить его к представителям второго поколения роботов, но его железным интеллектом следует восхищаться лишь умеренно, видя, как еще далеко второе поколение отстоит от нашего представления о настоящем роботе.
Рука Г. Эрнста работает с "завязанными глазами". Датчики, которыми она оснащена, собирают информацию вслепую "осязанием", на ощупь. Она не может отделить процесс сбора информации от процесса движения: сначала получить представление о ситуации, сложившейся во внешнем мире, и только затем начать действовать. Именно поэтому она не может просто собрать кубики, рассыпанные в беспорядке, а вынуждена искать их один за другим. Настоящий же робот должен иметь такие органы чувств, которые дали бы ему возможность предпослать процессу движения процесс сбора информации, чтобы в этом отношении быть антропоморфным, быть хотя бы немного "по образу и подобию".
Человек или животное могут собирать информацию, не трогаясь с места. Для этого им служат и зрение, и слух, и обоняние — эти "бесконтактные датчики", позволяющие живому существу планировать свои действия. Что-либо подобное необходимо и роботу для воспроизведения двигательных функций человека.
Так постепенно определились существенные черты роботов, которые мы можем условно отнести к третьему поколению. Во что это вылилось на практике, проследим на примере робота, разработанного в Массачусетском технологическом институте (МТИ).
В манипуляторах и полуроботах биотехническая система обслуживается телевизионной связью: в рабочее зоне устанавливается одна или несколько телекамер, а на пульте управления, около оператора, — телеэкраны.
Телевизионная система "удлиняет" визуальные возможности оператора. Такая телевизуальная обратная связь, как и обычная визуальная, обеспечивает оператору эффект присутствия, так необходимый для сбора информации и оценки ситуации.
Робот МТИ — это все та же механическая рука-манипулятор, но, кроме осязания (как в опытах Г. Эррста), он оснащен еще и зрением. Рабочая зона, в которой робот действует, осматривается телекамерой, но уже без оператора, который может быстро и легко, окинув взглядом увиденную картину, оценить сложившуюся ситуацию. Теперь эту картину и ситуацию "видит" — оценивает ЭВМ, и ту задачу, которую очень просто было поручить человеку, надо сделать хотя бы частично доступной автомату. Его интеллект должен иметь тот самый механизм, о котором мы говорили как о механизме распознавания образов. Но, конечно, у железного интеллекта свои механизмы.
Система, принятая в роботе МТИ, различает далеко не все, что видит человеческий глаз. Гигантское количество информации, доставляемое телеприемником, искусственно занижается специальным устройством, извлекающим из полученной картины только те характерные особенности, которые нужны для распознавания объектов с заранее известными свойствами. Такими объектами снова послужили кубики. А для кубиков характерно то, что на их ребрах происходят резкие изменения освещенности от одной грани к другой. Для ЭВМ, обрабатывающей оптическую картину, полученную с телекамеры, оказалась доступной задача выделить из этой картины и запомнить те зоны, где происходят резкие изменения освещенности.
