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.
Пока, как видим, задача выглядит очень скромно. Но даже и в этом случае процедура распознавания на этом не заканчивается. Ведь надо выделить то, что 'знакомо' роботу, то, что он может 'распознать'. Информация, воспринятая из внешнего мира и обработанная по тому или иному способу, должна быть сопоставлена с информацией, которая служит роботу в качестве эталона 'знакомого' объекта. Чтобы правильно взаимодействовать с внешним миром, роботу нужно задать этот эталон; нужно сформировать 'внутренний мир' робота, сформулировать правила и критерии сопоставления, которыми он должен пользоваться для оценки собираемой информации.
В системе МТИ сведения об особых свойствах распознаваемых объектов (резко меняющейся освещенность) и их характеристиках заранее вводятся в машину, образуя ее внутренний мир. Тогда, сопоставляя особенности освещенности объектов на телеэкране с некоторыми наперед заданными признаками объекта, машина распознает кубики, фиксирует их положение и ориентацию — разбирается в обстановке и может действовать 'с открытыми глазами' — не искать кубики, а, почти как человек, брать их и складывать в коробку или строить из них сооружение, то есть делать с ними то, что оговорено программой.
Сплошным потоком по цепям внутренних обратных связей от органов 'осязания' и 'очувствления', расположенных на захвате руки, и органов зрения в ЭВМ течет информация. В соответствии с этой информацией и с указаниями программы ЭВМ строит движения руки и дозирует развиваемые ею усилия. Так сходство действий робота с действиями живого организма получило дальнейшее развитие. Поэтому мы и сочли возможным отнести этот робот к следующему, третьему поколению.
Но почему робота? Пока это только рука! А где туловище, к которому можно присоединить такие руки?
Первый диалог с роботом
Американская программа робототехники наряду с другими включает исследования, проводимые в Стэнфордском институте под руководством математика Дж. Маккарти. Там разработана и изучается управляемая электронной вычислительной машиной модель, которая представляет собой тележку, снабженную колесным ходом с независимым электроприводом на каждое колесо. Авторы этой разработки оставили в стороне вопросы, связанные с конструкцией опорно-двигательного аппарата, с его проходимостью и т. п. Центральная задача состояла в том, чтобы создать систему, обладающую высокими информационными возможностями, достаточными для обеспечения ее автономного передвижения. С этой целью она снабжена четырьмя каналами, по которым собирает информацию из внешнего мира.
1. Органы осязания. Они представляют собой набор гибких проволок 'кошачьих усов', — укрепленных на корпусе тележки и работающих в двоичном коде.
При соприкосновении усов с посторонними объектами сигналы об этом поступают одновременно к тормозным устройствам тележки, вызывая ее остановку, и в ЭВМ.
Остановка тележки при соприкосновении с посторонним объектом происходит как бы рефлекторно. Однако ЭВМ, получающая одновременно информацию о том, с какой стороны расположено ожидаемое препятствие, может подавить это рефлекторное действие и заставить тележку двигаться дальше или изменить направление движения. Примерно той же цели служит буферное устройство, которое снабжено датчиками, измеряющими силу взаимодействия тележки с препятствиями.
2. Чувство дистанции. Тележка снабжена дальномером, посредством которого ЭВМ определяет расстояние до препятствия или стен помещения. Дальномер расположен на специальной подвижной консоли, имеющей две степени свободы — она может автоматически подниматься или опускаться и поворачиваться вокруг вертикальной оси. Обзор обстановки производится периодически, по команде ЭВМ, путем перемещения дальномерной головки. Информация об измеренных расстояниях поступает в ЭВМ, которая, используя ее, строит грубую картину пространства, окружающего тележку.
3. Зрение и распознавание. На той же консоли, на которой установлен дальномер, расположена и телекамера. Собираемая ею информация обрабатывается по тому же способу, что и в системе зрения робота МТИ. Тележка, как и манипулятор, взаимодействует с объектами простых форм типа кубов, система ее зрения по прежнему выделяет из даваемого телекамерой изображения зоны с резкими переходами освещенности. О такой системе распознавания образов уже говорилось.
4. Чувство ориентации. Оно обеспечивается специальной навигационной системой. По существу, это система отсчета пройденного пути. Некоторая точка пола помещения, в пределах которого движется тележка, выбрана за начальную. От этой точки ведется непрерывный отсчет поворотов двух ведущих колес, по этим данным вычисляется положение и направление движения тележки. Кроме того, чтобы исключить влияние проскальзывания колес относительно пола, на последнем имеются дополнительные отметки для ориентирования.
Привод колес, как и привод консоли, несущей телекамеру и дальномер, осуществляется электродвигателями, получающими команды от ЭВМ. Тележка связана системой радиосвязи с ЭВМ, и пультом, где формируются программы. Команды на движение и на сбор информации вырабатывает ЭВМ в соответствии с программой 'текущих действий'. В свою очередь, эта программа приводится в действие программами более высокого уровня, которые задаются в ЭВМ оператором, печатающим свои указания в
