ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ РОБОТАХ

Создание интеллектуальных роботов (ИР) - одна из важнейших целей робототехники. ИР - это роботы, для обеспечения функционирования которых и выполнения определенных технологических операций используется искусственный интеллект (ИИ). Имеются в виду следующие функции:

- обработка сенсорной информации;

- оценка внешней ситуации;

- принятие адекватных решений по выбору целей поведения, планированию путей их достижения;

- реализация этих планов путем управления движением робота.

Применение ИИ для выполнения некоторых второстепенных вспомогательных функций, не относящихся к основному назначению робота, не дает основания считать его интеллектуальным. Так, сварочный промышленный робот является интеллектуальным, если ИИ используется для выполнения операций сварки. Если же эти операции выполняются, например, программно, но при этом ИИ используется в системах энергопитания, связи с оператором и т.п., такой робот остается по определению роботом с программным управлением.

На рисунке (рисунок снизу) показана обобщенная схема ИР, которая поясняет сферы применения ИИ в системах робота. В центре схемы находится блок памяти, двусторонне связанный с другими системами, перерабатывающими информацию. В блок памяти входит база знаний о внешней среде в виде ее модели, база данных о внешней среде ("модель мира"), самом роботе и об операциях, которые он может выполнять. Кроме того, специализированные оперативные базы знаний и данных, связанные с центральной памятью, могут находиться и в отдельных системах робота.

База знаний о внешней среде содержит априорную информацию, вводимую до начала работы, и оперативную сенсорную информацию, которая приобретается в процессе восприятия окружающей среды при выполнении роботом заданных действий, а также в процессе его специальных познавательных действий для изучения этой среды. Сама информация включает в себя описание геометрических и других физических характеристик объектов среды и их взаимосвязи. Это описание имеет иерархическую структуру. 

Например, описание рабочей зоны манипулятора включает набор планов этой зоны и ее частей, различающихся как масштабом и соответственно точностью, так и степенью обобщения первичной сенсорной информации (выделение контуров, поверхностей, объектов, групп объектов, определение различных свойств и физикохимических параметров этих объектов и т.д.).

Введение в эти планы времени как параметра дает картину внешней среды в динамике с учетом взаимодействия ее объектов друг с другом и с роботом. База знаний о внешней среде содержит также правила, позволяющие моделировать возможные изменения этой среды. Сами знания представляются в виде логических и сетевых моделей среды.

Наличие памяти с эффективно используемой базой знаний - обязательный признак интеллектуального робота, как, впрочем, и любой другой системы ИИ.

Все другие блоки схемы также имеют иерархическую структуру, уровни которой соединены друг с другом по вертикали снизу вверх. В свою очередь, показанные на схеме соединения блоков в общем случае осуществляются многоканально между одноименными уровнями по горизонтали.

Блок обработки сенсорной информации получает из блока памяти экстраполяцию изменений состояния внешней среды, а передает в него коррекцию этого состояния на уровне непосредственной сенсорной картины среды.

Блок оценки ситуации и блок планирования поведения получают из блока памяти текущую модель внешней среды, а

передают в него соответственно ее оценку по определенным критериям и синтезированный план управления движением робота. Важная функция этих блоков — осуществление самообучения, т.е. профессионального самоусовершенствования робота в процессе его функционирования.

При синтезе плана поведения используются различные методы решения связанных с этим задач, разработанные в рамках искусственного интеллекта, в том числе:

- поиск решения в пространстве состояний (нахождение последовательности преобразования исходного состояния в конечное целевое);

- сведение задачи к подзадачам (последовательное разбиение задачи на подзадачи вплоть до элементарных, решение которых известно);

- решение в форме доказательства теорем (формулирование задачи как теоремы и ее решение (доказательство) на базе системы аксиом).

В задачу блока оценки ситуации входит также оперативная корректировка целей управления и их приоритетов. Это верхний интеллектуальный уровень в иерархии управления роботом.

Блок интеллектуального интерфейса в общем случае может быть двусторонне связан со всеми перечисленными функциональными блоками.

Термин "искусственный (технический, машинный) интеллект" метафоричен и означает, что обладающая им техническая система способна выполнять функции, которые, если бы их выполнял человек, считались бы интеллектуальными, т.е. требовали бы от человека приложения его интеллекта. Таким образом, искусственный интеллект имитирует естественный только в узкоспециальном профессиональном отношении (сварка, вождение транспорта и т.д.), и никаких более широких аналогий с естественным интеллектом и тем более с личностью человека он не имеет. Последние неизмеримо многограннее и шире, охватывая (помимо профессиональной) все сферы человеческой деятельности, включая социальную, а также эмоциональность и принципиально иную мотивацию, свойственную только человеку.
 

Вторая принципиальная особенность естественного интеллекта - это наличие наряду с формализуемой символьной составляющей, реализуемой левым полушарием головного мозга, подсознательной образной составляющей, которая обеспечивается правым полушарием мозга. Эта составляющая ответственна за интуитивную мыслительную деятельность человека и именно она определяет его творческие способности. Непознанная сторона естественного интеллекта (по крайней мере, в настоящее время) остается недоступной для воспроизведения в ИИ, что существенно ограничивает его потенциальные возможности.

Принципиально существуют три пути создания ИИ:

первый путь - это прямое использование накопленных профессиональных знаний человека. Он реализуется в экспертных системах;

второй путь заключается в воспроизведении "аппаратного" и "программноалгоритмического" обеспечения естественного интеллекта. К этому пути относятся технические нейронные сети и ассоциативная память;

третий путь состоит в подходе к человеческому мозгу как к "черному ящику" и изучении и воспроизведении его характеристик "вход-выход" на основе формализуемых математических и лингвистических методов.

Итак, ИР - это робот, в котором в системах обработки сенсорной информации и построения модели внешней среды, оценки ситуации и планирования поведения, управления движением и обучения, а также в интерфейсе "человек-робот" используются основанные на знаниях методы ИИ. Первые роботы, в которых нашли применение элементы ИИ, появились в 70-е годы прошлого столетия. Методы ИИ первоначально были использованы в системах адаптивного управления «глаз-рука» и в лабораторных так называемых интегральных мобильных роботах для передвижения и манипулирования в неизвестной и меняющейся обстановке. В последнее время к этим проблемам добавились исследования поведения роботов во враждебной ситуации (борьба с террористами и т.п.) и группового поведения роботов, в том числе в конфликтных ситуациях противоборства; разрабатываются соответствующие робототехнические системы. Групповое применение интеллектуальных роботов предполагает создание и развитие соответствующего коллективного интеллекта. Это будет высшей формой ИИ, аналогичного в этом смысле интеллекту человеческих коллективов со специализацией отдельных членов коллектива и иерархической структурой.

Основная тенденция развития перспективного аппаратного обеспечения интеллектуальных компонентов ИР - сенсорных, информационно-управляющих и исполнительных (силовых) - это миниатюризация на базе трехмерных микросистемных технологий. На этой же основе возникла и быстро развивается микроробототехника, а в более далекой перспективе и наноробототехника, которые невозможны без развитого ИИ. Подобно тому как ИИ является аналогом естественного интеллекта в узко профессиональном деле, микросистемные технологии можно считать аналогом его материальной реализации, т.е. наиболее адекватной живой природе формой технических интеллектуальных систем.