Как рождаются компьютеры 3/3

Источник: журнал «Техника – молодёжи», №11, 1976 год. Первая часть. Вторая часть.

III. Механические руки и искусственный интеллект

– Виктор Михайлович, в прошлой беседе вы сказали, что для того, чтобы изготовление компьютеров не отставало от их проектирования ни по срокам, ни по качеству, необходимо автоматизировать процессы производства и шире применять для этого роботы. Что сейчас делается в этом направлении?

– Отделять проблему создания роботов, призванных участвовать в изготовлении ЭВМ, от общих проблем роботостроения нельзя. Для каких бы целей ни предназначались эти помощники человека, перед их создателями стоят в принципе одинаковые задачи. Поэтому основную часть сегодняшнего разговора мне хочется посвятить не каким-либо специализированным роботам, а основным проблемам и перспективам робототехники вообще.

Согласитесь, что роботы (пускай пока ещё и очень далёкие от тех стальных красавцев, которые нередко блуждают по страницам научно-фантастических произведений) уже стали для нас чем-то привычным. Сегодня они довольно широко применяются в различных отраслях народного хозяйства. На XXV съезде КПСС принято решение организовать их серийное производство... Но прежде давайте разберёмся, что же это такое – роботы.

Многие связывают сие понятие с какими-то человекоподобными механизмами, способными свободно передвигаться. Однако в роботах первого поколения вы найдёте мало общего с таким «портретом». Это были управляемые по программе специализированные устройства, главная задача которых состояла в том, чтобы с помощью команд быстро переключать оборудование с одной работы на другую. Я даже думаю, что определение РОБОТЫ по отношению к таким устройствам было преждевременным.

– Так что же тогда представляло собой это первое поколение?

– Я говорю о станках с программным управлением. Они действительно способны мгновенно перестраиваться, подчиняясь управляющим сигналам, которые могут либо идти от вычислительной машины, либо быть заранее подготовлены в виде перфо- или магнитных лент. Во втором случае ленты вкладывают в считывающее устройство, а записанные на них сигналы приводят в действие соответствующие рабочие органы станка в порядке, определённом компьютером.

Подобным образом можно автоматизировать практически все станочные работы. Появились такие устройства и в электронной промышленности. Скажем, ЭВМ «Киев-67» и «Киев-70» управляют электронным или ионным лучом, который с ювелирной точностью изготовляет сложные интегральные схемы. Большинство таких станков-роботов было разработано в восьмой пятилетке. Непосредственно на производстве они начали применяться в девятой. В десятой же пятилетке организовано массовое производство подобных устройств. Пожалуй, самым универсальным роботом, «прижившимся» на многих предприятиях, оказался сварочный. Он по довольно простой программе легко перестраивается с одной работы на другую.

Однако сейчас назрела острая необходимость переходить на создание роботов второго поколения. В лабораториях они уже созданы и постепенно тоже шагают в промышленность, хотя пока ещё не стройными рядами, а только в единичных экземплярах, которые используют на особо трудных, ответственных работах.

– Чем же роботы второго поколения отличаются от своих предшественников?

– Это человекоподобные механизмы, уже вполне заслуживающие звания роботов, в своё время предложенного Карелом Чапеком. Они представляют собой универсальные исполнительные механизмы, которые функционируют подобно человеческой руке. Чтобы эта рука действительно была универсальной, она, как правило, должна обладать большим, чем у человека, числом степеней свободы. Если, скажем, у нас всего три основных сустава (плечевой, локтевой и кистевой), то у роботов может быть четыре-пять подобных суставов. Зачем это нужно? Ну хотя бы для того, чтобы механическая рука могла пролезть в места, недоступные человеку.

Хватательные органы (пальцы) у роботов обычно устроены гораздо проще, чем у нас с вами. Современный робот довольствуется тремя, а то и двумя пальцами. Тем не менее они обеспечивают возможность универсальных захватов. Есть и ещё одно очень важное отличие руки робота от человеческой: она может поворачиваться на шарнирах практически на любой угол. Я, конечно, не хочу сказать, что рука робота по всем статьям превосходит человеческую. У неё, например, нет такой лёгкости, раскованности в движениях.

Однако руки – это ещё не всё, что необходимо роботу. Он должен уметь передвигаться. Поэтому одна или несколько искусственных рук устанавливаются на какую-то основу, способную перемещаться. Чаще всего это автоматически управляемая тележка, которая может перекатываться с одного места на другое. Сейчас создаются и ходячие роботы. Причём для большей устойчивости их чаще всего снабжают не двумя, а четырьмя или даже шестью ногами. Как правило, такие «ходоки» проектируются для специальных целей. В заводских же условиях, где ровные плоские полы и нет необходимости преодолевать препятствия, использовать роботы на тележке гораздо выгоднее, дешевле и проще, чем ходячие.

– Виктор Михайлович, насколько я понимаю, «руки» и «ноги» – это, конечно, необходимые, но не самые важные части роботов. Ведь если речь идёт о чем-то более или менее человекоподобном, то должны быть и органы чувств?

– Роботы первого поколения были слепы и глухи. Они могли лишь в строгом соответствии с программой взять в определённом месте какую-то конкретную деталь и доставить её по указанному адресу. Правда, программы можно было видоизменять, но всякий раз приходилось подробно расписывать всю последовательность движений. О какой-то приспосабливаемости или обратной связи в таких условиях, как правило, речи не шло.

Когда вам необходимо переместить деталь на небольшое расстояние, которое можно измерить достаточно точно, то «промах» подобного робота будет не таким большим. Однако если надо совершить путешествие, измеряемое десятками метров, то произойдёт накопление ошибки в расстоянии и робот, как слепой крот, не сможет найти место, куда необходимо поставить деталь. Обратная связь здесь просто необходима.

Проще и надёжнее всего снабдить робота органами зрения. Конечно, это не привычное нам человеческое бинокулярное зрение двумя глазами. Чаще всего роботу достаточно одного телевизионного глаза. Конечно, есть и другие отличия. Известно, что именно благодаря наличию двух глаз мы довольно точно определяем расстояние до того или иного предмета, объекта. В единственный же телеглаз робота встраивают дальномер, одинаково хорошо измеряющий и большие и малые расстояния.

– Виктор Михайлович, а «понимает» ли робот, что видит его глаз? Умеет ли он отличить один предмет от другого, распознавать их?

– Распознавание образов – проблема столь же важная, сколь и трудная. Скажем, одна и та же деталь, рассматриваемая под разными углами, выглядит всякий раз по-иному. Возьмите обыкновенный цилиндр. Если вы посмотрите на него с одного бока, то увидите прямоугольник, с другого он покажется вам кругом... Чтобы робот мог распознать, та ли это деталь, которая ему нужна, ещё недостаточно вложить в электронную память описание внешнего облика предмета. Нужны, как мы их называем, алгоритмы, программы распознавания образов. Задача чрезвычайно сложная даже для сравнительно простых геометрических фигур: конусов, цилиндров, кубов, параллелепипедов, призм и так далее. Мы решили эту задачу, но надо прямо сказать, что труда было затрачено немало. С помощью сложной системы программ робот может сегодня определять, что перед ним именно та деталь, которая нужна, а не какая-либо другая, рассматривая её под разными углами зрения. Правда, иногда он ошибается. Но разве человек избавлен от ошибок? Скажем, если вы видите круглый предмет сбоку, то не можете сказать, есть у него в середине отверстие или нет. Надо взглянуть на него и с другой стороны.

Так вот, чтобы избежать ошибок, мы научили робота брать предметы своей механической рукой и, поворачивая, рассматривать их со всех сторон. Мало того, если деталь плохо освещена, то робот может взять лампу и посветить себе. Все эти движения запрограммированы.

Сами понимаете, что тут требуются очень сложные программы. И это не удивительно. Ведь известно, что человек для распознавания зрительных образов использует почти половину своих нервных клеток, то есть из примерно четырнадцати миллиардов нейронов шесть-семь миллиардов занято этой работой.

– Насколько я понял, роботу нужны не только сложные программы, но и развитый электронный мозг?

– Да, чтобы робот мог нормально функционировать, им должен управлять довольно сложный компьютер. Причём проблема заключается не только в распознавании зрительных образов. Оказывается, двигать рукой с большим числом степеней свободы не так просто. Сравнительно легко составить программу, по которой сначала в работу включается один сустав, потом – другой и так далее. Но такие движения слишком замедленны, да и выглядят довольно неуклюже. Задача состоит в том, чтобы робот, как и человек, мог одновременно «шевелить» всеми своими многочисленными суставами. Оптимизировать движения руки робота в конце концов удалось, но это потребовало большой работы, особенно в части составления программ.

Однако научить руку двигаться – это ещё не всё. Было бы очень удобно наделить её способностью осязать. Для этого в пальцы механической руки вмонтированы датчики, благодаря которым робот определяет, с какой силой он сжимает предмет, оценивает его вес. Если деталь лёгкая, то робот захватывает её осторожно. В то же время его стальная рука способна поднять и тонну: ведь силу механическим пальцам можно придать весьма внушительную.

– Виктор Михайлович, если уж приближать робота к человеку, то почему бы не наделить его пусть не голосом, но хотя бы слухом?

– В органах слуха роботы пока не очень нуждаются. Хотя, конечно, это было бы удобно, скажем, для прямой подачи команд человеческим голосом, специально не перепрограммируя его. Но распознавание голосовых приказов тоже оказалось не из лёгких задач.

У нас в институте действует система, благодаря которой робот, используя в качестве мозга большую электронно-вычислительную машину, распознает несколько сотен слов, произносимых одним и тем же оператором. То есть он настраивается на понимание голоса своего «хозяина». Человек при этом может говорить с разными интонациями, растягивать слова или произносить их быстро говорить шёпотом, кричать.

Мы можем настроить слуховой аппарат робота на распознавание любого голоса, но тогда число слов, которые он будет понимать, уменьшится с 500-600 до 20-30. Усложняя систему, можно наверстать упущенное. Но есть ли в том особая потребность? Ведь, как правило, с роботом работает один человек. Так целесообразно ли усложнять систему, если робота легко перестроить с одного голоса на другой? То есть сначала с ним побеседуете вы, а потом мы быстро настроим его на понимание, допустим, моего голоса.

– Если резюмировать сказанное вами, то приходишь к выводу, что у роботов уже появились пускай пока и несколько примитивные, но органы чувств?

– Да, это так. Но роботам необходимы и зачатки интеллекта. Конечно, поскольку человек распознает зрительные образы, оптимизирует движения руки, узнает голоса под управлением мозга, то все это тоже элементы интеллекта, хотя и не осознаваемые нами. Они относятся главным образом к подсознательной деятельности, хотя частично тут присутствует и деятельность сознательная. Следовательно, можно считать, что роботы второго поколения уже обладают зачатками сознания. Но сейчас создаются такие программы, которые позволяют роботу адаптироваться к окружающей обстановке. То есть мы не расписываем ему заранее, что и в какой последовательности он должен делать, он сам оценивает обстановку и выбирает наилучший порядок действий.

Например, у вас разбросаны различные детали, причём лежат они в различных плоскостях, на разных возвышениях, подмостках. Умеющий передвигаться на колёсах, робот запрограммирован так, что сначала сделает попытку забраться на подмостки. Но если это у него не получится, тогда он изменит свою тактику, начнёт искать такой предмет, который, будучи подложен к подмосткам, позволит заехать на них. Найдя его, он забирается на возвышение и выбирает нужную деталь.

Из этого примера видно, что сегодняшний робот программируется в достаточно широких пределах, может работать в изменяющихся условиях. Он уже непохож на своего «слепого» собрата. Детали могут быть разбросаны вокруг робота или насыпаны кучей – он сам разберётся, что ему надо, а что нет и в каком порядке следует собирать пускай и не очень сложный, но узел или целое изделие.

– Виктор Михайлович, мы начали разговор с того, что для автоматизации изготовления компьютеров необходимо, чтобы в производстве их участвовали роботы. Есть ли уже сейчас такие роботы, которые способны самостоятельно собирать ЭВМ?

– Нет, такие пока не созданы. Сборка компьютеров – дело очень кропотливое, и роботам ещё надо как следует «поучиться». Но в мировой практике уже известны роботы, которые из отдельных деталей могут собирать различные узлы автомобилей. Роботы выполняют на конвейерах несколько десятков относительно простых сборочных операций.

Есть и ещё одна область, где сегодня применяются подобные устройства. Являясь универсальным средством при автоматизации подъёмно-транспортных операций, роботы в «содружестве» с программно-управляемым оборудованием позволяют построить полностью автоматизированные участки, цехи и целые предприятия. Раньше наблюдалась парадоксальная ситуация. Квалифицированная работа (скажем, фрезеровщика) легко могла выполняться автоматизированным станком-роботом. А более простые операции (нахождение детали на складе, транспортировка, закрепление её на станке, установка и смена режущего инструмента) – всё это должен был делать человек. Но нынешние роботы позволяют автоматизировать и такие операции, поскольку могут передвигаться и снабжены механической рукой. Отсюда следующий шаг: комплексная автоматизация, когда и обработка деталей, и транспортировка, и сборка выполняются автоматически. В принципе, можно автоматизировать и контрольные операции. Уже есть примеры, когда испытания готовых объектов проводят роботы по разным, достаточно сложным программам. В итоге мы получим полностью автоматизированный завод, который, кстати, может заниматься и изготовлением компьютеров. Хотя такие заводы будут созданы, наверное, не в первую очередь.

– Виктор Михайлович, какие же преимущества будут иметь роботы перед человеком, когда обучатся всему необходимому?

– Сказать, чему конкретно потребуется обучать роботов даже в недалёком будущем, довольно трудно. Чем больше будут они совершенствоваться, тем более сложную и ответственную работу смогут выполнять. Значит, им будут даваться все новые и новые знания. Так что процесс их развития видится длительным, а может быть, и бесконечным. Если же говорить о преимуществах перед человеком, то в первую очередь следует отметить «физическую силу» роботов. Человеку без помощи крана трудно поднять деталь весом более ста килограммов, но вполне можно создать робота, которому ничего не стоило бы запросто таскать детали весом в тонну и даже больше. Робота можно снабдить органами чувств, которых нет у человека, скажем, инфракрасным зрением или способностью видеть рентгеновские лучи, чувствовать электромагнитные поля. Представьте себе робота, который чётко определяет в скрытой от наших глаз электропроводке, где по ней бежит ток, а где – нет.

Но все же я думаю, что главное преимущество роботов перед людьми – это возможность мгновенной перестройки. Известно, что человек осваивает новую операцию не сразу. Постепенно увеличивает производительность труда. Роботу же учиться не надо (хотя замечу, что есть и такие программы, которые позволяют роботам обучаться, улучшать свои производственные показатели). Но если вы заранее знаете, что он должен делать, то вполне можете запрограммировать его на оптимальный рабочий режим. В результате такой быстрой перестройки один и тот же цех может выпускать на потоке совершенно различные изделия.

Представьте ситуацию: на конвейере нужно поочерёдно собирать телевизор, потом – холодильник, затем – радиоприёмник или магнитофон. Рабочий просто запутается, производительность его труда будет очень низкой. Роботу же ничего не стоит перестроиться с одного изделия на другое, поэтому он все время будет работать с высокой производительностью.

– Так что же, у сегодняшних и завтрашних роботов уже нет и не будет существенных недостатков?

– На современном этапе недостатки, разумеется, есть. Для того чтобы «обинтеллектуалить» сегодняшнего робота, приходится использовать самые большие электронно-вычислительные машины. А они нередко стоят миллионы рублей, и, хотя одна такая машина может управлять сразу несколькими роботами, эксплуатация подобных систем пока экономически невыгодна.

Надо прямо сказать, что роботы первого поколения именно потому и применялись широко, что стоили дёшево. Сейчас же главная задача – удешевление компьютеров. Ныне интеллектуальные роботы целесообразно применять только там, где человек просто не может работать. Я имею в виду радиоактивную среду, большие глубины, космос...

Предположим, мы приступили к освоению Марса или Юпитера. Условия на этих планетах непривычны для человека и могут отрицательно сказаться на его здоровье. Да и забросить робота на любую из планет гораздо дешевле, чем посылать туда людей: автомату не нужна система жизнеобеспечения – ни пища, ни кислород, ни многое другое. Его достаточно снабдить программой и энергией, которую он, кстати, может получать во время полёта от солнечных батарей. То есть разница в стоимости отправки робота и человека полностью в пользу автомата. Кроме того, робота совсем не обязательно возвращать на Землю...

Сейчас идёт быстрое снижение стоимости роботов второго поколения за счёт автоматизации проектирования, частичной автоматизации изготовления, увеличения степени интеграции. Прогноз показывает, что уже к концу десятой пятилетки интеллектуальные роботы вполне могут стать экономически выгодными.

– А до этого времени они не будут применяться при изготовлении компьютеров?

– Не совсем так. Роботы первого поколения (программно-управляемое оборудование) применяются для изготовления больших интегральных схем уже сейчас. Без них просто невозможно было бы создавать современные компьютеры. Осуществляется и автоматизация испытаний готовых объектов.

Ранее мы говорили о том, что шкафы для электронно-вычислительных машин тоже должны делать роботы. Но такого пока, к сожалению, нет, хотя это просто необходимо для убыстрения и удешевления производства компьютеров. Дело не в том, что поручить такую работу лучшим сегодняшним роботам нельзя. Они бы прекрасно с ней справились. Но обходились бы шкафы, изготовленные роботами, гораздо дороже, чем они стоят сейчас.

Есть данные, что если робот трудится в три смены (а ведь усталость ему неведома), то его эксплуатация может дать положительный экономический эффект. Если же он какое-то время простаивает, то это уже явно невыгодно. Но, повторяю, такая ситуация определяется нынешними ценами на большие электронно-вычислительные машины.

Здесь наблюдается диалектический процесс. Естественно, машины будут дешеветь, когда изготовлять их станут быстро и в большом количестве. Ну а производить их старыми методами, без помощи автоматики и роботов, дорого.

– И последний вопрос. Вы говорили о роботах первого и второго поколений. Сколько ещё поколений должно смениться, прежде чем появится, так сказать, совершенный стальной человек?

– Ответить сложно. Думаю, поколений может быть много. Уже сейчас прорисовываются возможности для дальнейшего повышения интеллекта роботов. От простых задач типа ориентировки на местности, выбора пути к несложным целям и тому подобных они перейдут к выполнению гораздо более сложных заданий, аналогичных тем, с которыми сегодня справляется только человек. Это будут уже роботы третьего поколения.

В конечном счёте рано или поздно может появиться такой робот, интеллект которого будет сравним с интеллектом среднего человека. Но поймите меня правильно: именно среднего, а ни в коем случае не гения. Многие, говоря об искусственном интеллекте, хотят, чтобы по всем позициям он был просто гениальным. Его как бы сравнивают не с одним человеком, а со всем человечеством.

Конечно, будут созданы роботы, которые в той или иной области (скажем, в счёте) превзойдут человека. Но в целом, если робот по интеллекту будет равен среднему человеку, то мы сможем сказать: цель достигнута.

Я думаю, такой искусственный интеллект будет создан к концу нашего века. Робот сможет понимать разговорную речь, сам будет говорить на заданную тему и даже... разгадывать кроссворды. Но это именно уровень среднего человека. А чтобы робот был способен, скажем, написать настоящее литературное произведение, он должен пожить полнокровной человеческой жизнью. Конечно, мы можем наделить его искусственными чувствами, эмоциями. Но и при этом он будет жить своей, кибернетической жизнью, а не человеческой. Чтобы у робота были настоящие эмоции, нужно, чтобы его признали членом общества, чтобы в него могла влюбиться красивая девушка, чтобы он мог испытать настоящие человеческие страсти.

Произойдёт ли это когда-нибудь или нет, сегодня сказать трудно. Но если и случится такое, то очень-очень не скоро.