|
|
Несмотря на то, что история
создания и развития современных роботов насчитывает немногим более четверти
века, они претерпели значительную эволюцию как в смысле элементной базы, так
и в смысле изменения их структуры, появления новых возможностей и функций,
расширения областей применения, характера использования. Поэтому сложилась
традиция делить историю развития и уровень совершенства роботов на поколения.
Следует оговориться, что деление это весьма условно и понимать его следует в
специфическом смысле. Так, некоторые специалисты полагают более правильным
слово "поколение" заменить термином "вид". Однако не
будем нарушать сложившиеся в технике традиции. Каждому поколению роботов присущи
как определенные характерные показатели, так и определенные сферы применения.
Каждое последующее поколение роботов обладает большими возможностями и
совершенством, но не исключает предыдущего; они взаимно дополняют друг друга
и находят применение соответственно своим функциональным возможностям и
условиям экономической целесообразности. К настоящему времени сформировалось
три поколения роботов.
Роботы первого поколения - это роботы с программным
управлением (ПР - программные роботы), предназначенные для выполнения
определенной, жестоко запрограммированной последовательности операций,
диктуемой соответствующим технологическим процессом. Управление такими
роботами осуществляется по заранее заданной программе, а значит, при строго
определенных и неизменяемых условиях эксплуатации. Простота формирования и
изменения программы, т.е. возможность переобучения, сделала таких роботов
достаточно универсальными и гибко перестраиваемыми.
Однако функциональные возможности роботов первого
поколения существенно ограничены малыми возможностями информационно-
измерительной и недостаточным совершенством управляющей систем, ^результате
чего способность к восприятию внешнего мира и формированию его модели у
программных роботов практически отсутствует. Такие роботы не могут функционировать
самостоятельно: любое отклонение от заранее определенных и заданных
программой условий ведет к сбою и остановке, а в наиболее тяжелых случаях - к
аварии и выходу робота из строя. В последние годы в этой группе стали
выделять более развитой вариант, называемый полтора поколения, оснащенный
некоторым набором элементов очувствления.
К роботам первого поколения относится подавляющее
большинство современных эксплуатируемых промышленных роботов, с помощью
которых осуществляется установка, снятие, транспортировка изделий,
механическая и термическая обработка, простейшие сборочные операции, сварка,
штамповка, прессование, ковка, литье под давлением, окраска и отделка и т.п.
Они хорошо справляются с обслуживанием металлорежущего оборудования (в
частности,- станков с ЧПУ и обрабатывающих центров), печей, прессов,
технологических линий, литейных машин и др., однако затрудняются выполнять
более сложные производственные операции (например, сборочные, монтажные), не
поддающиеся жесткой регламентации процесса, так как роботы первого поколения
принципиально не могут функционировать автономно в недетерминированной
обстановке.
Успешное функционирование роботов с программным
управлением возможно лишь при четко определенных условиях, создание которых
требует введения специального технологического оборудования, стоимость
которого часто превышает стоимость самого робота. Это усложняет и удорожает
роботизацию производства и иных сфер деятельности человека, делает ее менее
гибкой, поэтому необходимы более совершенные роботы, обладающие значительно
более развитым аппаратом очувствления, большей информационной мощностью,
способностью к адаптации и самообучению, т.е. роботы второго поколения.
Роботы второго поколения - это очувствленные роботы (OP),
предназначенные для работы с неориентированными объектами произвольной формы,
осуществления сборочных и монтажных операций, сбора информации о внешней
среде. Они отличаются, во-первых, существенно большим набором и совершенством
как внешних сенсорных датчиков (телевизионные, оптические, тактильные,
локационные и т.п.), так и внутренних (датчики положений "руки" или
"ноги" относительно "тела" робота, датчики усилий и
моментов и т.п.) и, во-вторых, более сложной системой управления, требующей
для своей реализации управляющей ЭВМ. Неотъемлемой частью роботов второго
поколения является их алгоритмичное и программное обеспечение,
предназначенное для обработки сенсорной информации и выработки управляющих
воздействий.
Технические органы чувств , входящие в
информационно-измерительную систему роботов второго поколения, служат
источником обратных связей для управляющей системы; последняя, обрабатывая
полученную информацию, формирует закон управления исполнительными механизмами
с учетом фактической обстановки. Таким образом, очувствленные роботы при
соответствующем аппаратном, алгоритмическом и программном обеспечении
способны распознавать "ситуации" и автоматически приспосабливаться
(адаптироваться) к заранее не определенным и изменяющимся условиям
эксплуатации, т.е. становиться адаптивными роботами, при этом их
функциональные возможности могут быть существенно расширены путем наращивания
программ обработки сенсорной информации и адаптивного управления.
Возможности роботов второго поколения, оснащенных
значительным числом датчиков внешней и внутренней информации и мощной
управляющей ЭВМ с развитым программным обеспечением, значительно превосходят
возможности роботов первого поколения. Благодаря способности
"распознавать" внешнюю обстановку, анализировать сенсорную
информацию и приспосабливаться к изменяющимся условиям эксплуатации,
очувствленные роботы могут взаимодействовать с неориентированными объектами в
неупорядоченной обстановке, а значит, выполнять исследовательские работы,
сборочные и монтажные операции, собирать информацию об окружающей обстановке
и т.п.
В настоящее время в лабораториях и научных центрах мира
ведутся интенсивные исследования по разработке технического, программного и
алгоритмического обеспечения перспективных моделей очувствленных роботов.
Особое внимание при этом уделяется системам технического зрения, тактильному
и силомоментному очувствлению роботов, а также микропроцессорной реализации
алгоритмов обработки информации и управляния. Однако роботы второго поколения
пока еще не выпускаются серийно ни у нас в стране, ни за рубежом, хотя
экспериментальные образцы уже созданы, а промышленность начинает, их
производство.
Роботы третьего поколения - это так называемые
интеллектуальные (ИР), или разумные., роботы, предназначенные не только и не
столько для воспроизведения физических и двигательных функций человека,
сколько для автоматизации его интеллектуальной деятельности, т.е. для решения
интеллектуальных задач. Они принципиально отличаются от роботов второго
поколения сложностью функций и совершенством управляющей системы, включающей
в себя элементы искусственного интеллекта.
Здесь уместно обратиться к понятию искусственного
интеллекта. По определению известного ученого-кибернетика профессора А.В.
Тимофеева, под интеллектом понимается способность мозга решать
(интеллектуальные) задачи путем приобретения, запоминания и целенаправленного
преобразования знаний в процессе обучения на опыте и адаптации к
разнообразным обстоятельствам. При этом под интеллектуальными понимаются
задачи, связанные с отысканием алгоритма решения целого класса задач
определенного типа. Деятельность же мозга, обладающего интеллектом,
направленную на решение интеллектуальных задач, будем называть мышлением, или
интеллектуальной деятельностью.
В процессе решения интеллектуальных задач проявляются
такие характерные особенности интеллекта, как способность к анализу и
обобщению, обучению и накоплению опыта (знаний и навыков), адаптации к
изменяющимся условиям в процессе интеллектуальной деятельности. Благодаря-
этим качествам интеллекта, "мозг" может решать разнообразные
задачи, а также легко перестраиваться с одной задачи на другую, являясь
универсальным средством решения широкого круга задач (в том числе
неформализованных), для которых нет стандартных, заранее определенных методов
решений.
В процессе интеллектуальной деятельности человек постоянно
ищет пути и средства к достижению той или иной цели, пытается выработать план
действий, или алгоритм, следуя которому можно достичь этой пока недоступной
цели, и, благодаря обучению и опыту, использовать в дальнейшем выработанный
алгоритм, распространив его для эффективного решения уже целого класса
подобных задач. Именно способность к преодолению трудностей и препятствий,
нахождению обходных путей последовательного приближения к цели методом проб и
ошибок там, где нет прямого и однозначного пути, отличает интеллектуальную
деятельность от неинтеллектуальной.
Возникает принципиальный вопрос: можно ли моделировать
интеллектуальную деятельность, или, иными словами, создать искусственный
интеллект? Современная наука утвердительно отвечает на этот вопрос.
Несомненно, что вычислительные машины и роботы в принципе могут обладать
основными чертами интеллекта. Более того, современные наиболее совершенные
ЭВМ и роботы в совокупности с их алгоритмическим и программным обеспечением
уже обладают, по крайней мере, частично, этими чертами. О подобных системах
говорят, что они содержат элементы искусственного интеллекта. В самом общем
виде искусственный интеллект - это совокупность машинных автоматических
методов и средств целенаправленной переработки информации (знаний) в
соответствии с приобретенным в процессе обучения и адаптации опытом при
решении разнообразных интеллектуальных задач.
Искусственный интеллект робота можно трактовать как
алгоритмическое и программное обеспечение его информационно- управляющей
системы, обладающее способностью моделировать (отображать) окружающую среду и
решать широкий класс интеллектуальных задач посредством обучения на
собственном опыте и адаптации к изменяющимся условиям функционирования. В
общем виде интеллектуальный робот способен понимать естественный язык и вести
диалог с человеком, создавать в себе модель внешней среды, распознавать и
анализировать образы и ситуации, формировать понятия, планировать поведение,
на основании чего строить программные движения исполнительной системы и
осуществлять их отработку в условиях неполной информированности.
Потребность в интеллектуальных роботах появилась лишь в
последние годы. Если роботы второго поколения уже используются для ряда
научно-технических разработок (например, для космических и глубоководных
исследований) и их начинают применять в промышленности, то роботы третьего
поколения пока еще в процессе разработки. Однако во всем мире ведутся
интенсивные научные исследования по созданию и совершенствованию различных
систем интеллектуальных роботов: распознавания объектов, образов и ситуаций;
формирования модели внешней среды; выработки целесообразного поведения в
условиях неопределенности; надежной отработки движений исполнительными
органами; самообучения в процессе взаимодействия с внешней средой и т. д.
Попытки создания роботов, способных "видеть",
оценивать и анализировать окружающую обстановку, соответственно планируя и
осуществляя свои действия, т.е. обладающих признаками искусственного
интеллекта, начаты еще в 1960-х гг. Одним из первых успехов на этом пути было
создание в 1960 г. экспериментального робота "Шейки" ( 2.3) в
Станфордском научно-исследовательском институте (США). Оснащенный органами
технического зрения и управляемый оригинальной программой робот STRIPS
(Stanford Research Institute Problem Solver - станфордский "решатель
задач") продемонстрировал умение самостоятельно вырабатывать алгоритмы
для выполнения задач перемещения в неорганизованном пространстве помещения,
поиска заданных обьектов-блоков и их сталкивания с возвышенности с помощью
клиновидного предмета. И хотя робот действовал очень медленно, длительно
"обдумывая" свои действия, а выполняемые операции отличались
примитивностью, даже такой уровень эксперимента потребовал применения сложнейшей
компьютерной программы STRIPS и позволил убедиться в принципиальной
возможности создания "мыслящей машины".
Развитие роботов продолжается; его прогноз (по Э. Накано)
где отображены временные этапы развития базовой методологии, техники и
технологии, характерной для каждого из поколений.
Какими будут характерные особенности роботов четвертого и
последующего поколений? С позиций современных представлений на этот вопрос
ответить нельзя. Ответ даст сам процесс развития науки, техники и технологии.
Следует заметить, что предпосылкой перехода к последующему поколению является
последовательное совершенствование базовой техники и технологии, под которыми
понимаются материалы, датчики, приводы, источники энергии и т.д., т.е. все
то, что, в первую очередь, определяет технико-эксплуатационные показатели
роботов. При этом с введением в эксплуатацию роботов последующих поколений
значимость роботов первых поколений, несмотря на их ограниченные возможности
и простоту, не ослабевает; они не перестанут использоваться и после
разработки и становления более совершенных поколений, напротив, каждое
поколение роботов займет подобающее ему место в сфере производственной,
бытовой или исследовательской деятельности человека
|