Питер Макоуэн - Вычислительное мышление: Метод решения сложных задач

Считается, что в пьесе отразилась озабоченность Чапека тоталитарным обществом, которую он выразил в виде научной фантастики. Отсюда и мрачный сюжет. Если бы автор оказался в иной политической ситуации, то появление роботов в информационном пространстве могло бы быть не таким зловещим. Это подчеркивает тот факт, что выбранное Чапеком слово «робот» происходит от чешского robota,означающего «рабский труд». Сначала Чапек хотел назвать этих существ laboři(от латинского labor— «работать»), но передумал и попросил совета у брата Йозефа. Йозеф предложил использовать слово robota. Братья Чапеки создали обоснование и название для роботов как раз тогда, когда в западном мире появились технологии, которые впоследствии привели к их созданию.

У всех нас разные представления о том, что делает робота роботом. Однако в самом простом смысле робот — это машина, действия которой управляются программой. Мы склонны представлять роботов как больших размеров механических работников, которые постепенно завоевывают мир. Но стиральная машина на кухне тоже робот. Она управляется компьютером, не страдает мегаломанией, а стирает белье с разной скоростью и при разной температуре. Так что «роботы» действуют только на основе программного обеспечения. Это могут быть программы, которые действуют в цифровом мире — например, изображают виртуальных персонажей в видеоиграх, по крупицам собирают данные с сайтов, создавая новые знания, или управляют компьютерами, зараженными вирусами. Таких виртуальных роботов называют ботами,и, хотя у них нет физического тела, они выполняют необходимые функции.

Давайте кратко рассмотрим историю материальных роботов, а потом перейдем к самому интересному — как создать искусственный разум.

Истории о механических роботах с древних времен присутствуют во всемирной истории. В трактате «Ле-цзы» описывается человекообразный робот, созданный в Китае в III в. мастером Яньши для чжоуского царя Му. Это была полноразмерная фигура человека, сделанная из кожи, дерева и искусственных органов. В мифологии Древнего Крита есть персонаж по имени Талос — бронзовый витязь, который охранял остров, подаренный Европе, от пиратов. А в еврейских преданиях рассказывается о големах — глиняных великанах, которые оживают и выполняют указания по записке, вложенной им в рот.

Все это — интересные истории, но на практике одним из первых конструкторов и создателей роботов был Герон Александрийский, древнегреческий математик и изобретатель, который строил автоматы, приводимые в движение сжатым воздухом, паром и водой. Считается, что в XIII в. инженер Аль-Джазариописал программируемый человекообразный автомат в «Книге знаний об остроумных механических устройствах» (1206 г.). Это была лодка с четырьмя музыкантами, которая плавала по озеру и развлекала гостей. Мелодию можно было менять, перемещая деревянные колышки на вращающемся барабане, отчего ударные инструменты играли в разное время.

Появление заводных автоматов, изощренных механических кукол, служивших развлечением для европейских дворов в XVIII в., впоследствии привело к созданию электронных роботов. Благодаря работам ученого Уильяма Грея Уолтера, пионера кибернетики(науки о том, как животные и машины контролируют свое поведение), мы стали осознавать как полезность роботов, так и сложность их создания.

Сегодня у нас дома помимо стиральных машин есть и другие роботы. Возможно, у кого-то из ваших знакомых есть робот-пылесос, который убирает дом в отсутствие хозяев, робот-газонокосильщик или автомобиль, который умеет парковаться. Современные самолеты оснащены автопилотом и умеют взлетать и приземляться самостоятельно. Если вы когда-нибудь летели в отпуск и в точке назначения был сильный туман, скорее всего, командир доверил посадку автопилоту. Почему? Потому что так безопаснее. Подобным образом беспилотные автомобили обычно безопаснее автомобилей, управляемых водителем-человеком. Так роботы начинают входить в нашу жизнь, и они достаточно «умны», чтобы научиться делать работу лучше нас, демонстрируя более мощный искусственный интеллект(ИИ).

Создание искусственного интеллекта действительно интересная задача. Как же это сделать? Разные типы информации обрабатываются в разных участках мозга, но неким образом сводятся в рабочее целое. С этой проблемой сталкиваются создатели роботов и систем ИИ. Простейший вариант «мозга» робота довольно примитивен: это электронная схема, которая заставляет робота беспорядочно двигаться. Следующий этап — наделить его способностью реагировать на происходящее кругом.

На практике строить простые машины, которые воспринимают мир и реагируют на него так же, как простейшие формы жизни, несложно. Например, схема такого робота при регистрации громкого звука может реверсировать электродвигатель. Другой робот останавливается при наступлении темноты. Третий, оснащенный солнечной батареей, может двигаться в направлении яркого света, чтобы перезарядиться (то есть «поесть»). Роботы могут регистрировать присутствие других роботов и стараться держаться ближе друг к другу.

Конечно же, у робота иное представление о мире, которое зависит от типа сенсоров. Например, мы можем построить робота, который «видит» благодаря эхолокатору, подобно летучей мыши, издающей ультразвук, слышит эхо от окружающих предметов и изменяет направление полета, огибая объекты на своем пути.

Если взять все эти компоненты, каждый из которых представляет собой очень простой способ реагирования на мир, и объединить их, то возникнут интересные и более сложные проявления: например, роботы, которые ищут источник энергии, но прячутся в темном месте при первом намеке на опасность. Каждый компонент создается отдельно, а потом мы объединяем их в более сложное целое. Это метод декомпозиции, используемый в вычислительном мышлении, который применяется при конструировании роботов с целью получить комплексное поведение, как у животных.

Робототехник Родни Брукспридумал простой способ осуществления этой идеи. Его предикативная архитектурапохожа на слоеный пирог. Каждый слой при активации вызывает разное поведение — например, бесцельное перемещение или реагирование на свет. Действия, которые запускаются нижними слоями, включаются в более высокий слой (используются или поглощаются) при активации поведения, соответствующего этому слою. Это вариант абстракциив сочетании с декомпозицией.

Более сложные системы контроля над роботами (верхние слои) могут обеспечить некое элементарное внутреннее представление о мире. Например, они «знают» (используя алгоритм для сопоставления с образцом), какую последовательность действий и в каком порядке стоит запустить, когда в мире робота возникает конкретная ситуация — например, раздался сигнал тревоги.