Джон Ловин - Создаем робота-андроида своими руками

На первый взгляд, между этими двумя подходами нет существенной разницы, однако имеется одно очень важное различие. Если экспертная система окажется в ситуации (или внешних обстоятельствах), не предусмотренных программой, то робот окажется в «нерешительности». С другой стороны, система поведения, не ориентированная на поиск шаблонных «запрограммированных» ситуаций для расчета вариантов реагирования, не придает «значения» окружающим обстоятельствам – она просто продолжает поиск.

Экспериментальная работа, проведенная в течение 30 лет, показала, что подобные системы с типом «интеллекта» «снизу вверх», т. е. поведенчески ориентированные, в ряде случаев успешно справлялись с заданиями, когда экспертные системы терпели поражение.

Как уже отмечалось, одним из пионеров в разработке поведенчески ориентированного подхода («снизу вверх») в робототехнике был Вильям Грей Вальтер. Он родился в Канзас Сити штат Миссури в 1910 году. Когда ему исполнилось пять лет, его семья переехала в Англию. Там он посещал школу и окончил Королевский колледж в Кембридже в 1931 году. После окончания он занялся фундаментальными исследованиями в области нейрофизиологии, которые проводил в госпиталях.

В начале своей карьеры Вальтер заинтересовался работами русского физиолога И.П. Павлова, знаменитого своими исследованиями механизмов «стимул-реакция», проводимых на собаках. В своих экспериментах Павлов звонил в звонок непосредственно перед тем, как дать пищу подопытным собакам. Через некоторое время собаки реагировали слюноотделением на сам звонок.

Другой современник Вальтера Ганс Бергер изобрел электроэнцефалографический аппарат. Во время визита Вальтера в лабораторию Бергера он предложил некоторые усовершенствования электроэнцефалографа. После переделки чувствительность прибора возросла, и в человеческом мозгу были обнаружены ЭЭГ кривые с частотами ниже 10 Гц.

Изучение Вальтером работы человеческого мозга привело его к изучению нейронных сетей мозга. В силу их исключительной сложности биологические нейронные сети оказалась недоступными для точной топологической картины или воспроизводства. По этой причине он выбрал объектом изучения отдельный нейрон и его электрический аналог. Он стремился узнать, какой тип поведения может быть получен в системе, состоящей из нескольких нейронов.

Для ответа на этот вопрос в 1948 году Вальтер построил трехколесный робот, имеющий вид черепахи. Размеры робота составляли 12" в высоту и около 18" в длину. Что оказалось удивительным – этот робот использовал только два электрических нейрона и при этом демонстрировал достаточно сложное и интересное поведение. Первые два робота были нежно названы Элмер и Элси (ЭЛектро МЕханический Робот и Electro Sensitive (Светочувствительный)). После наблюдений за сложным типом поведения, который демонстрировали роботы, Вальтер переименовал их в Machina Speculatrix (рассуждающая машина).

Помните, что в 40-годы транзистор еще не был изобретен, поэтому в электронных нейронах робота были использованы электронные лампы. Поскольку электронные лампы потребляют значительно большую мощность, чем транзисторы, оригинальная конструкция содержала аккумуляторы большого размера.

Нервная система или система рефлексов робота состояла из двух датчиков, соединенных с двумя нейронами. Один из датчиков представлял собой фотосопротивление, а другой – контактный выключатель, соединенный с внешней оболочкой робота.

Три колеса робота были расположены в виде треугольника. Переднее направляющее колесо было снабжено рулевым приводом и при этом могло вращаться на 360° в одном направлении. Кроме того, с этим же колесом был соединен ходовой двигатель, обеспечивающий поступательное движение робота. Поскольку рулевой механизм мог поворачиваться на полные 360°, питание ходового двигателя осуществлялось через два контактных кольца, установленных на оси привода.

Фоторезистор был также закреплен на оси привода рулевого механизма колеса. Это позволило автоматически совместить ось «взгляда» фоторезистора и направление движения робота.

Еще до появления конструкций роботов – охотников за светом данный робот демонстрировал четыре режима работы. Необходимо отметить, что в данной конструкции как ходовой двигатель, так и двигатель рулевого привода были практически постоянно включены.

• Поиск. Окружающее пространство слабо освещено или находится в темноте. Реакция робота: двигатель рулевого механизма – полные обороты, ходовой двигатель – половинные обороты.

• Движение. Найден источник света. Реакция робота: двигатель рулевого механизма отключен, ходовой двигатель – полные обороты.

• Ослепление. Яркий свет. Реакция робота: двигатель рулевого механизма – половинные обороты, ходовой двигатель – реверсивный режим.

• Касание. Столкновение с препятствием. Реакция робота: двигатель рулевого механизма – полные обороты, ходовой двигатель – реверсирование.

В 1950 году Вальтер написал две статьи для Scientific American («Имитация жизни», май 1950 г. и «Машина, которая учится», август 1951 г.), а затем и книгу под названием «Живой мозг» (Norton, New York, 1963). Взаимодействие между нейронной системой и окружающей средой породило неожиданные и сложные типы поведения.

В одном из экспериментов Вальтер построил укрытие, куда Элси могла заходить и подзаряжать свои аккумуляторы. Укрытие было оборудовано небольшим источником света, которое должно было привлечь внимание робота к нему по мере расходования аккумуляторов. Робот мог бы заходить в укрытие и автоматически перезаряжать аккумуляторы. После завершения процесса зарядки робот мог покидать укрытие в поисках новых источников света.

В другом эксперименте Вальтер прикрепил небольшие лампочки к панцирю каждой черепахи. Роботы демонстрировали взаимодействие, которое напоминало наблюдателю некоторый тип социального поведения. Роботы танцевали вокруг друг друга, временами приближаясь и затем расходясь, что напоминало общение роботов по типу ритуального поведения или пометки территории.

Мы можем воспроизвести большинство функций знаменитой черепахи Вальтера. Используемая нами программа имитирует работу нейронов, использованных в оригинальной конструкции. Для изготовления шасси потребуются некоторые слесарные работы. Слесарные работы сильно упростятся при использовании следующих инструментов:

• Кернер. Используется для нанесения углублений на лист металла для облегчения сверления. Если не наметить центр отверстия с помощью кернера, то сверло легко может «увести». Для нанесения отметки поставьте острие кернера в точку предполагаемого отверстия. Ударьте молотком для нанесения углубления.