Железный Дровосек или боевые роботы?

(вчера, сегодня, завтра)

 

Роботы – они те же люди, только железные.

 

Часть 1. Историческая. Этапы большого пути

 

… человек создал «Железного Дровосека», способного обыграть его самого в шахматы, писать книги, сочинять музыку без человека, управлять коллективом себе подобных роботов, выбрать из себе подобных лидера, воспроизводить себя самого, приспосабливаться к повреждениям, самостоятельно передвигаться по незнакомой местности, самообучаться.

Ждем Терминатора?

Однако соберем в кулак накопленные к настоящему времени знания. Итак.

 

Часть 2. Робот сегодня

 

Злой столяр Урфин Джюс смастерил деревянных солдат и завоевал Волшебную страну.

 

О понятиях

 

Большая Советская Энциклопедия (БСЭ):

Робот - (чеш. robot, от robota - подневольный труд, rob - раб), машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром. С развитием робототехники определились 3 разновидности роботов:

1.      с жёсткой программой действий;

2.      управляемые человеком-оператором;

3.      с искусственным интеллектом (иногда называемые интегральными), действующие целенаправленно ("разумно") без вмешательства человека.

 

В конце 60-х гг. в робототехнике возникло новое научное направление, связанное с созданием интеллектуальных роботов. Такие роботы имеют датчики очувствления (сенсорную систему), воспринимающие информацию об окружающей обстановке, устройство обработки полученной информации (искусственный интеллект) - специализированную ЭВМ с набором программ - и исполнительные механизмы (моторную систему). Действия интеллектуального робота обладают некоторыми признаками человеческого поведения: датчики собирают информацию о предметах окружающего мира, их свойствах и взаимодействии; на основе этих данных искусственный интеллект формирует модель внешнего окружения и принимает решение о последовательности действий робота, которые реализуются исполнительными механизмами.

 

Словарь по естественным наукам:

Робот - электронно-механическое устройство:

- способное к целесообразному поведению в условиях изменяющейся внешней обстановки;

- выполняющее рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.

Главную часть робота составляет вычислительная система, управляющая перемещением самого робота или сторонних предметов с помощью устройств-манипуляторов. Для выполнения своих функций робот обрабатывает информацию, поступающую от его датчиков.

Википедия — свободная энциклопедия в Интернете:

Робот (от чешск. robota) — электромеханическое, пневматическое, гидравлическое устройство или их комбинация, предназначенное для замены человека в промышленности, опасных средах и др.

Определения робота в Интернете:

Робот (в обычном понимании) — это механическое устройство, предназначенное для автоматического выполнения операций.

Робот или Бот (жаргонное сокр.) — специальная программа, выполняющая автоматически и/или по заданному расписанию, какие-либо действия через те же интерфейсы, что и обычные пользователь.

Толково-словообразовательный словарь русского языка

 

Робот - Автоматическое устройство с антропоморфным действием, которое частично или полностью заменяет человека при выполнении работ в опасных для жизни условиях или при относительной недоступности объекта.

Робот - Тот, кто действует бессознательно, подчиняясь чужой воле.

 

Итак, как обычно, в товарищах согласья нет.

 

Наиболее целесообразно объединить определения Поспелова Г.С. (Искусственный интеллект - основа новой информационной технологии. -М.:Наука, 1988.) и Попова Э.В., Письменного Г.В.. (Основы робототехники: Введение в специальность. М.:Высш.шк., 1990). Получим следующее определение робота на современном этапе.

 

Робот – это технический комплекс, предназначенный для выполнения различных движений и некоторых интеллектуальных функций человека и обладающий необходимыми для этого исполнительными устройствами, управляющими и информационными системами, а также средствами решения вычислительно-логических задач, способный автономно совершать операции по достижению целей, поставленных человеком.

 

Классификация роботов

 

Роботы классифицируются по:

областям применения - промышленные, военные (боевые и обеспечивающие), космические, научно-исследователь­ские и экспериментальные, специального назначения (антитеррористические, саперы, роботы-охранники), домашние, медицинские, для игр и развлечений;

среде обитания (эксплуатации) - наземные, подземные, надвод­ные, подводные, воздушные, космические;

степени подвижности - стационарные, мобильные, смешанные;

типу системы управления - программные, адаптивные, интеллек­туальные;

функциональному назначению - манипуляционные, транспортные, информационные, комбинированные;

типу приводов - электрические, гидравлические, пневматические;

типу движителя - гусеничные, колесные, колесно-гусеничные, полугусеничные, шагающие, колесно-шагающие, роторные, с петлевым, винтовым, водометным и реактивным движителями;

конструктивным особенностям технологического оборудования (по числу манипуляторов);

по грузоподъемности манипуляторов (сверхлегкие - до 1 кг, легкие - от 1 до 10 кг, средние - от 10 до 200 кг, тяжелые - от 200 до 1000 кг, сверхтяжелые - свыше 1000 кг);

по системе координат рабочей зоны (линейная, угловая);

типу источников первичных управляющих сигналов - электричес­кие, биоэлектрические, акустические;

способу управления – автоматические (автономные), дистанционно-управляемые (копирующие, командные, интерактивные, супервизорные, диалоговые), ручные (шарнирно-балансирные, экзоскелетонные);

уровню универсальности - специальные, специализированные, универсальные;

типу базовых элементов систем управления - пневматические, электронные, биологические.

Архитектура роботов

 

На сегодняшний день считается, что в состав робота должны входить:

Исполнительные органы – это манипуляторы, ходовая часть и др. устройства, с помощью которых робот может воздействовать на окружающие его предметы. Причем по своей структуре это сложные технические устройства, имеющие в своем составе сервоприводы, мехатронные части, датчики, системы управления. По аналогии с живыми организмами это руки и ноги робота.

Датчики – это системы технического зрения, слуха, осязания, датчики расстояний, локаторы и др. устройства, которые позволяют получить информацию из окружающего мира.

Система управления – это мозг робота, который должен  принимать информацию от датчиков и управлять исполнительными органами.

Система обеспечения – несущая конструкция, подсистема энергоснабжения (электро-, гидро-, пневмо- и т.п.), подсистема коммуникаций, подсистемы вентиляции и кондиционирования

 

Система управления робота высокого уровня сложности обычно реализуется программными средствами. В состав системы управления интеллектуального робота должны входить следующие компоненты:

Модель мира – отражает состояние окружающего робот мира в терминах, удобных для хранения и обработки. Модель мира выполняет функцию запоминания состояния объектов в мире и их свойств.

Система распознавания – сюда входят системы распознавания изображений, распознавания речи и т.п. Задачей системы распознавания является идентификация, т.е. «узнавание» окружающих робот предметов, их положения в пространстве. В результате работы компонентов системы распознавания строится модель мира.

Система планирования действий – осуществляет «виртуальное» преобразование модели мира с целью получения какого-нибудь действия. При этом обычно проверяется достижимость поставленной цели. Результатом работы планирования действий является построение планов, т.е. последовательностей элементарных действий.

Система выполнения действий – пытается выполнить запланированные действия, подавая команды на исполнительные устройства и контролируя при этом процесс выполнения. Если выполнение элементарного действия оказывается невозможным, то весь процесс прерывается и должно быть выполнено новое (или частично новое) планирование.

Система управления целями – определяет иерархию, т.е. значимость и порядок достижения поставленных целей.

 

 

50 лучших роботов!

30.12.2005 [14:03], Петр Петров

Журнал Wired, дабы с толком отпраздновать уходящий год, составил список 50 самых лучших роботов в мире. В этот почётный журналистский хит-парад вошли как реально существующие электронные создания, так и являющиеся плодами воображения художников и кинорежиссёров герои. Перечислять весь список не необходимости, но вот отметить самых интересных «железных друзей человека» мы непременно должны.

Узнай знакомого:

 Реалии сегодняшнего дня:

Гонки беспилотных наземных машин IGVC ([IGVC]) являются ежегодно проводимыми соревнованиями среди студентов американских университетов с призовым фондом в несколько десятков тысяч долларов. Цели этих соревнований - создать машины, способные самостоятельно перемещаться по заданной местности (природному ландшафту), без управления с помощью человека либо другого живого организма.

8 октября 2005 года состоялись вторые гонки DARPA Grand Challenge ([DARPA]), по правилам которых победитель должен быстрее всех преодолеть расстояние в 175 миль (примерно 280 км) по бездорожью менее чем за 10 часов. Соревнования проводятся между автономно управляемыми механизмами, управление человеком либо другим биологическим организмом запрещено. Призовой фонд составляет $2 млн.

В отличие от первых соревнований, когда финиша не достиг никто, в 2005 году 5 из 23 машин преодолели весь маршрут и добрались до финиша. Отныне Человек им не нужен! Победителем был признан робот Stanley из Стэнфордского университета. Он пересек финишную прямую через 6 часов 53 минуты после старта. Ещё через 11 минут за ним последовал условный чемпион прошлого забега - робомобиль Sandstorm из университете Карнеги-Меллона. Stanley представляет собой модифицированный Volkswagen Touareg R5 под управлением семи компьютеров на базе Pentium M, оснащённый GPS, инерционными датчиками, лазерными измерителями дальности, видеокамерами и системой радаров. Все сенсоры сканируют окружающее пространство с частотой в 10-100 Гц, что позволяет Stanley в реальном времени обнаруживать и обходить препятствия.

Анонсировано третье соревнование автономных автомобилей-роботов "Великий вызов" (Grand Challenge), на этот раз перенесённое из пустыни в город, и потому сменившее название на DARPA Urban Challenge. По условиям нового состязания беспилотные машины, как и в предыдущие два раза — без какого-либо управления со стороны, должны закончить 97-километровый городской маршрут не более чем за 6 часов, с соблюдением всех правил дорожного движения. Команда, чья машина придёт первой, получит $2 миллиона, второй — $500 тысяч и третьей $250 тысяч.

Молодежный фестиваль «Мобильные роботы» ([Мобильные роботы]) проходит ежегодно с 1995 года в Институте Механики МГУ им. Ломоносова. Соревнования автономных мобильных роботов проводятся на ограниченной ровной горизонтальной площадке – полигоне. Над полигоном подвешено некоторое количество (10 – 15) «маяков», имеющих излучатели; если излучатель включен, то маяк является активным. Маяк оборудован оптическим датчиком, позволяющим автоматически фиксировать момент прохождения под ним отражающего диска робота. На полигоне нанесена также полоса–трасса, образованная отрезками прямых и дуг окружностей. В регламент соревнований входят задания по навигации роботов по маякам, отслеживанию полосы с преодолением препятствий.

Для отработки задач группового управления, методов управления шагающих роботов международной ассоциацией RoboCup ([RoboCup]) предложена задача игры в футбол. В RoboCup заявлен следующий манифест: "Через 50 лет, в 2050 году, команда роботов-футболистов должна выиграть у Чемпиона мира по футболу (команды людей-футболистов)".

В свое время задача научить играть компьютер в шахматы послужило мощным толчком для развития науки. Игра в футбол является более сложной задачей ([Охоцимский и др., 2000]), поскольку протекает в реальном времени на игровом поле с быстроменяющейся обстановкой. В настоящее время предложен ряд различных схем организации соревнований роботов-футболистов, например схемы соревнований Ассоциации RoboCup, или схемы, принятые в Международной Федерации FIRA ([Fira]). Одним из видов соревнований является виртуальный футбол, когда на компьютере моделируется игровая среда, движение мяча и действия игроков. Виртуальный футбол является хорошим полигоном для отработки задач коллективного поведения и использования многоагентных систем.

Для популяризации робототехники во многих странах ежегодно проводятся национальные чемпионаты по боям роботов. Для участия в этих соревнованиях создаются радиоуправляемые или автономные роботы. С середины 1990-х американская компания BattleBots Inc проводит соревнования, собирающие на своих площадках более тысячи участников и десятки тысяч зрителей. Чемпионаты транслируются по телевидению и в Интернете. Eurobot - крупнейшие ежегодные соревнования роботов в Европе. Каждый год в них принимают участие сотни команд. В этом году турнир Eurobot пройдет с 1 по 3 Июня в Катании, Сицилия. Соревнования роботов по борьбе сумо проходят в Японии и США. Считается, что подобные соревнования позволяют превратить изучение сложной техники в увлекательную игру.

Военные известия

        Бюджет Пентагона на 2006 г. запланирован в размере 419,3 млрд. долл. (рост на 4,8% в сравнении с 2005-м). На проектирование и производство военных роботов всех типов выделено 1,7 млрд. Один лишь план реформирования флота США предусматривает создание в перспективе 522 небольших мобильных кораблей и 1800 подводных роботов.
        Кроме того, с 2,8 до 3,6 млрд. долл. увеличено финансирование проекта Future Combat Systems с общим бюджетом 127 млрд. долл. по созданию “армии будущего”, которая будет базироваться на роботизированных комплексах 18 типов. Развертывание спутниковой системы высокочастотной связи обойдется в 2,1 млрд. долл., проектирование ее аналога, использующего лазерные каналы, — в 836 млн. На научно-технические исследования уйдет 69,4 млрд. долл. (на 600 млн. больше, чем в 2005 г.). 201 млн. долл. отпущен на создание интеллектуальных компьютерных систем, 190 млн. — на суперкомпьютерные проекты.
        Бюджет Агентства передовых исследований (DARPA) составит 3,1 млрд. долл., из которых 163 млн. будет затрачено на закрытые проекты.

***


        Бюджет министерства внутренней безопасности США на 2006 г. вырастет на 6,6% и достигнет 41,1 млрд. долл. А расходы на ИТ составят 5,96 млрд. долл. (рост на 25%).

***


        На 2005 г. гособоронзаказ РФ утвержден в размере 187 млрд. руб. Из них 62,8 млрд. руб. будет направлено на научные и опытно-конструкторские работы (НИОКР). Военные планируют завершить около 300 работ по линии НИОКР и закупить семь ракет стратегического назначения, девять новых космических аппаратов военного назначения и пять ракет-носителей. В войска будет поставлено 17 танков Т-90, три батальонных комплекта БТР-80, первая стартовая батарея ракет “Искандер-М”, два корабля, один модернизированный и один новый стратегический ракетоносец Ту-160, семь модернизированных истребителей Су-27СМ и высокоточные ракеты “воздух—земля” как ядерного, так и неядерного оснащения (Интерфакс).

***


        DARPA выделило грант в размере 400 тыс. долл. (общая сумма контракта — 1,2 млн. долл.) Ренселлеровскому политехническому институту на создание самообучающейся системы, которая читает текст, понимает его и затем отвечает на вопросы по материалу. Такое решение, полагают военные, будет незаменимо в ходе боя, когда командирам трудно разобраться в потоке приказов и сводок. Ученые обещают, что через три года система сможет понимать тексты уровня школьных учебников и затем, как хороший ученик, правильно отвечать на вопросы.

***


        В гособоронзаказе на 2005 г. сумма на оснащение МВД почти удваивается. При этом объем работы в области средств связи и автоматизации вырастет в 3,7 раза по сравнению с прошлым годом. По словам директора департамента экономики программ обороны и безопасности Минэкономразвития Владислава Путилина, резкое увеличение средств на телекоммуникационные, информационные технологии связано с тем, что они позволяют существенно повысить эффективность деятельности как в сфере обороны, так и безопасности.
        “Министерству внутренних дел, в частности, целевым порядком выделяется около 5,6 млрд. руб. на разработку новой телекоммуникационной системы, которая позволит вести уникальные базы данных и системы контроля”, — отметил В. Путилин. Речь идет о новой системе учета преступности и контроля за незаконной миграцией и базе данных угнанных автомобилей. “Эта система позволит поднять эффективность выполнения задач министерством внутренних дел в разы”, — полагает В. Путилин.
        Значительно больше средств выделяется на оснащение и вооружение войск специального назначения. Денег на экипировку спецназа, на средства связи и наблюдения выделено на порядок больше, чем в 2004 г. (Интерфакс).

***


        Компания United Defense Industries (www.uniteddefense.com) и Университет Карнеги — Меллона получили от Пентагона 26 млн. долл. на создание финальной версии дистанционно управляемого мини-танка Gladiator.

 

 

Разработка этого робота ведется с перерывами еще с начала 90-х годов, но только в последние годы появилась возможность создать модель с элементами интеллекта, отличающуюся хорошей управляемостью и разумной ценой. Аппарат будет оснащен стрелковым оружием, видеокамерами, GPS-приемником, различными наборами датчиков и средствами устройства дымовой завесы и проделывания проходов в противопехотных заграждениях.

***


        Агентство геопространственной разведки США намерено активно применять беспилотные аппараты для построения карты Земли. Используемые сегодня для этих целей пилотируемые самолеты не подходят для изучения опасных зон, а спутники дают фотографии низкого разрешения.
        Воздушные роботы способны формировать высокоточные радарные карты с разрешением в несколько сантиментов, к тому же они умеют долго кружить вокруг нужных объектов. Интерес к подобным аппаратам проявляют даже в НАСА, рассматривая их в качестве альтернативы исследовательскому самолету ER-2 (переделанному варианту шпионской машины U-2). Просит “беспилотник” и Национальная администрация океанографических исследований США.

 


        Правда, пока даже такие крупные разработчики подобных машин, как Northrop Grumman, способны выпускать не более одного самого ходового аппарата Global Hawk в месяц. Инженеры обещают подготовить специальную версию Global Hawk под названием RQ-4B, которая будет выполнена в открытой архитектуре и ориентирована на нужды гражданских организаций. Northrop Grumman намерена также испытать в марте небольшой вертолет длиной 30 см (он поступит в армию к зиме), управляемый с ручного компьютера и способный держаться в воздухе 45 мин. Готовится и более тяжелая дизельная модель с продолжительностью полета до 2 ч.

***


        Компания BAE Systems (www. baesystems.com) проектирует по заказу DARPA пассивный всепогодный радиочастотный искатель (проект Radio Frequency Guided Munitions, RFGM), на базе которого будет создаваться интеллектуальное оружие, способное находить и уничтожать вражеские средства связи и подавлять сигналы в диапазонах от 30 МГц до 3 ГГц. С помощью RFGM военные надеются разработать “умные” снаряды длиной около 8 см, которые будут самостоятельно засекать координаты сигнала и маневрировать в полете в поисках цели. На работы отпущено 6,6 млн. долл.

***


        МО США намечает стратегический переход от классических накопителей данных — жестких дисков с вращающимися элементами — к твердотельным чипам памяти (solid-state chips). Их стоимость за последние 2—3 года упала с 5 до 1 тыс. долл. за хранимый гигабайт. Такие чипы гораздо лучше, нежели жесткие диски, подходят для использования в бортовых системах, так как отличаются высокой устойчивостью к механическим помехам и воздействию окружающей среды, а кроме того, характеризуются в два раза большим сроком службы. Правда, пока они существенно проигрывают жестким дискам по цене, но к концу текущего десятилетия себестоимость таких элементов сильно упадет. Однако и сегодняшние цены (на фоне расходов в миллионы долларов на один самолет) уже позволяют достаточно активно использовать твердотельные накопители. Так, коммерческие решения E-Disks фирмы BitMicro Networks (www.bitmicro.com) задействованы в самолете дальней радиолокационной разведки E-8, вертолете Apache Longbow, машине пехоты Bradley. А на беспилотном аппарате Global Hawk (каждое сделанное им фото занимает сотни мегабайтов) на базе твердотельных накопителей внедрена новая система хранения данных емкостью 1,4 Тб.

***


        В военном центре воздушно-морских операций США г. Риверсайд (шт. Калифорния) установлен суперкомпьютерный комплекс автоматического контроля за воздушным пространством Америки, основанный на трех серверах SGI Altix (по 16 процессоров Intel Itanium 2 в каждом). Хранилище данных SGI InfiniteStorage с распределенной файловой системой Shared Filesystem CXFS способно обрабатывать до 8 Тб данных, собираемых от радарных систем и бортовых систем самолетов дальней разведки и военных аэростатов.

***


        Компания Exegy (www.exegy. com) обещает поставить силовым структурам США для поиска текста в “сырых” и неструктурированных данных и БД технологии, которые работают в 20 раз быстрее решений, ныне используемых разведчиками на суперкомпьютерах. Для эксплуатации систем Exegy достаточно Red Hat Linux, готовится версия для Solaris.

***


        Компания iMove (www.imoveinc. com) внедрит на базе ВМС США в Портленде систему охраны, способную автоматически выявлять движущиеся объекты на удалении 100 м от границ базы. Она ведет непрерывную видеосъемку, стыкуется с действующими комплексами наблюдения и оборудована датчиками новых типов.

***


        МО США приобрело у компании Intrusion (www.intrusion. com) лицензии на систему SecureNet для анализа и предупреждения проникновений в сети и средство SpySnare, предназначенное для централизованного мониторинга компьютеров, выявления подозрительных и spyware-программ и противодействия пиринговым службам.

***


        Безопасность 39-го финала США по американскому футболу Super Bowl, собравшего 74 тыс. человек, обеспечивали сотрудники 53 силовых агентств, от ФБР до ВМС. Они координировали совместные действия через веб-систему E-Sponder фирмы Convergence Communications (www.convergence-comm.com). Система создана на базе офисного пакета Microsoft Office Professional Enteprise Edition и портальной среды Microsoft SharePoint Portal Server. К ней было подключено 500 пользователей, которые с ноутбуков и КПК вели переговоры, синхронизировали в реальном времени планы действий и обменивались сведениями, документами и видеозаписями, находясь на удалении до 30 км друг от друга. Такая система, кроме того, позволила автоматизировать учет рабочего времени сотрудников служб безопасности.

***


        Компания Hewlett-Packard установила новое компьютерное оборудование на 19 патрульных машинах полицейского управления г. Розевиль (шт. Миннесота, США). С его помощью стражи порядка смогут обмениваться оперативной информацией с ноутбуков, не выходя из автомобилей. Проект выполнен в рамках федерального гранта на сумму 500 тыс. долл., в дальнейшем и другие полицейские департаменты штата получат в распоряжение комплексы по цене около 10 тыс. долл. на машину.

***


        Недолго проработала в округе Даллас (шт. Техас, США) новая информационная система сопровождения судебной деятельности, сданная в эксплуатацию в начале 2005 г. Она была вновь запущена лишь 31 января, а до того судьи, оставшись без доступа к служебной базе данных, не могли понять, кто за это время был арестован, кому надо предъявить обвинение после 48 ч с момента задержания, кого пора приглашать на слушания и кому необходимо назначить адвоката. Оказалось, внедренцы забыли сделать архивную копию данных старой системы и вся важная информация в процессе запуска нового комплекса оказалась утерянной. С. Б.

 

Статистика мнений посетителей сайта sa100.ru говорит о том, что роботы - это оружие (40%), это полигон для исследований (20%), это лень человеческая (13%), это игрушки в доме (13%),  это помощник человека (7%),  это обслуживающий персонал (7%).

 

Железный Дровосек оказался слабой искоркой надежды человечества перед стальной поступью злого столяра Урфин Джюса и его внука, железного солдата – Терминатора.

Что нас ждет? См. Часть 3. Роботы завтра.

 [Часть 1]  [Часть 3]

Вернуться в раздел Роботы на asu100