Искусственный интеллект и робототехника

Размещено на http://www.allbest.ru/

Понятие «Искусственный интеллект»

искусственный интеллект робот

Интеллектуальной называется система, способная целеустремленно, в зависимости от состояния информационных входов, изменять не только параметры функционирования, но и сам способ своего поведения, причем способ поведения зависит не только от текущего состояния информационных входов, но также и от предыдущих состояний системы.

Любой живой организм -- интеллектуальная система. Он обладает долговременной памятью и способностью к самообучению. Ребенок, притронувшись к горячей плитке, уже не повторит ошибки. Щенок, впервые погнавшийся за кошкой, получит серьезный урок и вряд ли снова решит с ней поиграть. При следующей встрече он, скорее всего, убежит или покажет зубы, или проявит еще одну из тысяч возможных реакций.

Технические же системы чаще всего не являются интеллектуальными, т. е. их реакция на одно и то же событие не может измениться кардинально. Система автоматического управления давлением газа в трубе может открывать и закрывать заслонку (управлять параметрами), но она не может принять решение совсем вывинтить заслонку из трубы. Если аварии газопровода предшествует изменение давления (например, сначала резкое повышение, а затем резкое понижение), то автоматическая система воспримет это как нормальную ситуацию и попытается «отрегулировать» ее движением заслонки. Даже если после каждой аварии мы будет добавлять в систему управления новый блок, точно фиксирующий параметры предыдущей ситуации, ничего не изменится. Простое накопление данных не «обучит» систему. Дело в том, что щенок, получивший урок от кошки, запомнил не только параметры ситуации (длину когтей и скорость реакции), но и правила поведения (не подходи, не подставляй нос, если залаять -- она убежит).

Интеллектуальной называется система, моделирующая на компьютере мышление человека. Второе определение появилось в 60-х гг., когда считалось, что мозг человека можно смоделировать на компьютере. Клетки мозга -- нейроны -- программно описывались специальными математическими методами. Компьютерная программа, таким образом, представляла как бы кусочек мозга человека. На вход программы подавались некоторые данные (на вход клетки мозга в живом организме подается электрический сигнал), на выходе снимались результаты, которые сверялись с эталоном. В зависимости от того, насколько полученные результаты отклонялись от эталона, в расчетные коэффициенты вносились изменения. В зависимости от количества циклов такого «обучения» результаты работы программы постепенно все более приближались к результатам работы очень маленького элемента мозга человек.

Идея о возможности повторить мозг на компьютере к 80-м гг. XX в. потерпела полную неудачу, однако теория нейронных сетей, нейросетевой подход доказали свою полезность на целом ряде практических приложений. Хорошие результаты получены в первую очередь на задачах предсказания значений параметров и распознавания образов.

Интеллектуальной называется система, позволяющая усилить интеллектуальную деятельность человека за счет ведения с ним осмысленного диалога.

К концу 80-х гг. стало совершенно очевидно, что создать универсальный искусственный разум невозможно. Более того, выяснилось, что это совершенно не нужно. Следует создавать узкоспециализированные интеллектуальные системы, которые не заменяют человека, но дополняют его. Человек имеет ряд уникальных способностей, но не свободен от недостатков. Не один человек не обладает реакцией кошки. Никто из нас не способен прочитать за минуту роман Л. Н. Толстого «Война и мир», редко кто из людей обладает энциклопедической памятью.

Компьютер обладает энциклопедической памятью, компьютер совершает миллионы операций в секунду, компьютер реагирует мгновенно. Но компьютер -- это просто «глупое железо», он не способен мыслить, не способен отвечать за собственные поступки.

Подчеркнем актуальность совместной деятельности человека и машины. Необходимо, чтобы компьютер служил советчиком человеку, быстро анализировал ситуацию, генерировал варианты действия на основе огромной памяти и предлагал их человеку, а человек рассматривал предложенные варианты и пояснял, почему тот или иной вариант плох. Компьютер, учитывая полученные разъяснения, вновь анализировал бы все варианты действия и выдавал новые, а человек выбирал подходящий вариант и нес ответственность за его реализацию.

Поясним примером: система автоматического наведения ракет обнаружила цель. Цель была обнаружена практически мгновенно, человек даже не успел ее заметить. Ракета была автоматически наведена на цель. Цели был послан запрос «свой-чужой». Цель появилась на пульте управления перед оператором, человек принял решение о поражении, выбрал тип оружия и нажал на кнопку «уничтожить».

В случае полностью автоматического ведения цели существовала бы реальная опасность уничтожить свой самолет. В обратном случае, если бы наведением на цель, посылкой запроса занимался человек, могло быть упущено время.

История искусственного интеллекта

Можно считать, что история искусственного интеллекта начинается с момента создания первых ЭВМ в 40-х г.г. С появлением электронных вычислительных машин, обладающих высокой (по меркам того времени) производительностью, стали возникать первые вопросы в области искусственного интеллекта: возможно ли создать машину, интеллектуальные возможности которой были бы тождественны интеллектуальным возможностям человека (или даже превосходили возможности человека).

Следующим этапом в истории искусственного интеллекта являются 50-е годы, когда исследователи пытались строить разумные машины, имитируя мозг. Эти попытки оказались безуспешными по причине полной непригодности, как аппаратных, так и программных средств. В 1956 г. состоялся семинар в Стэнфордском университете (США), где был впервые предложен термин искусственный интеллект - artificial intelligence.

Процитированное в преамбуле определение искусственного интеллекта, данное Джоном Маккарти в 1956 году на конференции в Дартмутском университете, не связано напрямую с пониманием интеллекта у человека. Согласно Маккарти, ИИ-исследователи вольны использовать методы, которые не наблюдаются у людей, если это необходимо для решения конкретных проблем.

Поясняя своё определение, Джон Маккарти указывает: «Проблема состоит в том, что пока мы не можем в целом определить, какие вычислительные процедуры мы хотим называть интеллектуальными. Мы понимаем некоторые механизмы интеллекта и не понимаем остальные. Поэтому под интеллектом в пределах этой науки понимается только вычислительная составляющая способности достигать целей в мире».

В то же время существует и точка зрения, согласно которой интеллект может быть только биологическим феноменом.

60-е года в истории искусственного интеллекта отметились попытками отыскать общие методы решения широкого класса задач, моделируя сложный процесс мышления. Разработка универсальных программ оказалась слишком трудным и бесплодным делом. Чем шире класс задач, которые может решать одна программа, тем беднее оказываются ее возможности при решении конкретной проблемы. В этот период началось зарождение эвристического программирования.

Эвристика - правило, теоретически не обоснованное, но позволяющее сократить количество переборов в пространстве поиска. Эвристическое программирование - разработка стратегии действий по аналогии или прецедентам. В целом, 50-60 г.г. в истории искусственного интеллекта можно отметить как время поиска универсального алгоритма мышления.

Существенный прорыв в практических приложениях искусственного интеллекта произошел в 70-х гг., когда на смену поискам универсального алгоритма мышления пришла идея моделировать конкретные знания специалистов-экспертов. В США появились первые коммерческие системы, основанные на знаниях, или экспертные системы. Пришел новый подход к решению задач искусственного интеллекта - представление знаний. Созданы «MYCIN» и «DENDRAL» - ставшие уже классическими экспертные системы для медицины и химии. Обе эти системы в определенном смысле можно назвать диагностическими, поскольку в первом случае («MYCIN») по ряду симптомов (признаков патологии организма) определяется болезнь (ставится диагноз), во втором - по ряду свойств определяется химическое соединение. В принципе, этот этап в истории искусственного интеллекта можно назвать рождением экспертных систем.

Следующий значимый период в истории искусственного интеллекта - это 80-е года. На этом отрезке искусственный интеллект пережил второе рождение. Были широко осознаны его большие потенциальные возможности, как в исследованиях, так и в развитии производства. В рамках новой технологии появились первые коммерческие программные продукты. В это время стала развиваться область машинного обучения. До этих пор перенесение знаний специалиста-эксперта в машинную программу было утомительной и долгой процедурой. Создание систем, автоматически улучшающих и расширяющих свой запас эвристических (не формальных, основанных на интуитивных соображениях) правил - важнейший этап в последние годы. В начале десятилетия в различных странах были начаты крупнейшие в истории обработки данных, национальные и международные исследовательские проекты, нацеленные на «интеллектуальные вычислительные системы пятого поколения».

Одно из частных определений интеллекта, общее для человека и «машины», можно сформулировать так: «Интеллект -- способность системы создавать в ходе самообучения программы (в первую очередь эвристические) для решения задач определённого класса сложности и решать эти задачи».

Таким образом, сегодня искусственный интеллект -- это самообучающийся инструмент, усиливающий деятельность человека по генерации и принятию решений.

Робототехника

Роботы - это механические помощники человека, способные выполнять операции по заложенной в них программе и реагировать на окружение. Трансгуманистическое значение робототехники состоит не только в том, что эта область связана с киборгизацией и искусственным интеллектом, но кроме того, - развитие роботов сможет значительно изменить образ жизни человека, хотя и не меняя при этом его самого.

С момента своего появления полвека назад роботы прошли путь от примитивных механизмов до сложных, эффективных устройств, во многом превзойдя по своим возможностям человека. В ближайшие десятилетия всё более совершенные роботы станут незаменимыми помощниками людей и смогут взять на себя обеспечение большей части потребностей цивилизации.

История роботов

Роботы давно стали важной частью научной фантастики. В 1921 году роботы стали героями пьесы Карела Чапека «Р.У.Р. « (Россумовские Универсальные Роботы). А через 20 лет Айзек Азимов сформулировал три закона робототехники, которые надолго определили наши представления о роботах:

Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.

Робот должен подчиняться командам человека, если эти команды не противоречат первому закону.

Робот должен заботиться о своей безопасности, пока это не противоречит первому и второму закону.

Первым современным роботом стал Unimate, робот с механической рукой, разработанный для General Motors в 1961, выполнявший последовательность действий, записанную на магнитный барабан.

Активное производство роботов началось в 1970-е годы. Прежде всего, они стали использоваться в производстве, для выполнения однообразных (и часто опасных) операций. Больше всего промышленных роботов используется в автомобильной промышленности, где они работают на штамповочных и сварочных участках, в покрасочных камерах, на сборке. Разумеется, роботы не могли сразу заменить людей в промышленности, но доля человеческого труда в производстве с тех пор неуклонно сокращается. Полностью автоматизированные фабрики, такие как фабрика IBM для сборки клавиатур в Техасе, называются "фабрики без освещения". Люди там уже не нужны: абсолютно всё производство, от момента выгрузки материалов и до получения готовой продукции у погрузочных ворот, полностью роботизировано и может работать круглосуточно и без выходных.

Роботы сегодня

Сегодня в мире используются миллионы роботов. Применение им нашлось практически во всех сферах человеческой деятельности. Роботы управляют самолётами и поездами, спускаются в жерла вулканов и на дно океана, помогают в строительстве космической станции, в сборке автомобилей и производстве микрочипов, охраняют здания, используются военными для разведки и разминирования, помогают спасателям искать людей под завалами. Нет такой области, в которой человек не попытался создать себе автоматического помощника.

На производстве работают сотни тысяч роботов, но гораздо больше их трудится за пределами фабричных цехов. Автономные роботы, обладающие свободой передвижения, включают в себя автономные летательные аппараты, существуют роботы-сапёры (Mini-Andros), роботы-газонокосилки (Robomower), роботы-курьеры (HelpMate), доставляющие лекарства и документы в некоторых больницах, и т. д.

Особая категория - андроиды или человекообразные роботы. Создать андроидов оказалось более сложным делом, чем ожидалось. Потребовались значительные достижения в области эффективных моторов, технологий машинного зрения и увеличение вычислительной мощности компьютеров, чтобы появились первые андроиды, способные передвигаться, ориентироваться в пространстве и что-то делать, такие как ASIMO и Qrio. Технологии машинного зрения позволяют роботам (пока ещё не очень хорошо) ориентироваться в пространстве, находить дорогу, распознавать предметы. Роботы могут узнавать людей по лицам и голосам. Технологии искусственного интеллекта позволяют роботам самостоятельно принимать решения и действовать автономно.

Нет чёткой грани между роботами и просто машинами. К роботам можно отнести и автоматические поезда и беспилотные летательные аппараты. Существующие технологии (автопилоты) даже позволяют компьютерам осуществлять полёты пассажирских самолётов от взлёта и до посадки. Можно считать функционально близкими к роботам банкоматы и более совершенные киоски для выполнения различных финансовых операций - они эффективно заменяют работника-человека.

Развлекательные роботы появились с выходом на рынок Aibo, робособаки от Sony. Теперь многие игрушки наделяются зачатками интеллекта - процесс, который скоро приведёт к появлению действительно разумных игрушек вроде медвежонка из фильма AI. Роботы-тюлени и роботы-кошки повышают настроение пожилых людей в японских домах престарелых. Начинается использование роботов для обучения и развлечения детей в детских садах и школах США и Южной Кореи.

В начале 2000-х роботы проникли в сферу домашнего хозяйства (что было предсказано футуристами в 60-е годы): газонокосилки, роботы пылесосы и мойщики пола. iRobot продала уже несколько миллионов робопылесов Roomba. Поумнели и неподвижные машины: стиральные, посудомоечные и т. п. Домашние роботы быстро входят в нашу жизнь. Скоро (примерно к 2015-2020 году) в среднем "умном" доме будет несколько интеллектуальных предметов бытовой техники и несколько автономных роботов.

Роботы в ближайшем будущем

Всё больше производственных операций будет роботизироваться. Использование программируемого производства (custom manufacturing) потребует универсальных мобильных роботов, способных не только выполнять заранее заданный набор операций на рабочем месте, но и свободно передвигаться по производственным помещениям, переносить между рабочими местами компоненты и готовые изделия и гибко реагировать на изменения в производственном процессе. Скоро такие физически простые дела как работа аптекаря или библиотекаря в книгохранилище будут отданы роботам.

Большое количество почти полностью роботизированных фабрик и заводов начнёт появляться к 2020. К 2012-2015 роботов начнут активно использовать в сельском хозяйстве. Специализированные роботы, помогающие человеку в тяжёлой физической работе (но не полностью автономные) появятся к 2015 году. Роботов на улицах наших городов мы увидим уже к 2012-2015 году. Это будут роботы-уборщики, роботы-погрузчики.

Большая часть транспорта будет автоматизированной к 2020-2030 году. Сегодняшние автомобили значительно поумнеют: сперва они будут лишь помогать водителям выполнять некоторые операции (сложная парковка, контроль за безопасностью, движение по шоссе), но потом они возьмут на себя весь процесс вождения. Чуть раньше мобильные роботы появятся в транспортной отрасли (например, погрузочные) и горнодобывающей. Мы увидим полностью автоматизированные логистические терминалы.

Роботы будут всё больше использоваться в медицине. В некоторых областях они уже могут работать более эффективно, с большей точностью и меньшей вероятностью ошибки, чем доктора-люди. Скоро можно будет совместить робохирургов с технологиями диагностирования (экспертные системы уже давно используются для постановки диагнозов, анализа рентгеновских снимков и т. п.). В этой области робототехника соприкасается с телехирургией, удалёнными операциями, выполняемыми человеком по видеосвязи. К 2020 году значительная часть операций будет выполняться роботами, а первые микророботы начнут вести наблюдения над здоровьем людей внутри их тел.

Роботизация будет не совсем такой, какой её описывали фантасты. Она будет сочетаться с автоматизацией (без автономности), переносом множества видов деятельности в онлайн (как заказ билетов), поумнением нашего окружения (дома, дороги, и т. п.). Например, не будет андроида-лифтёра, нажимающего кнопки, будет умный лифт. Не будет роботов-переводчиков, как 3PO из "Звёздных войн", будут функции синхронного перевода в телефонах, карманных и носимых компьютерах.

Роботы будут передвигаться на колёсах, на двух и более ногах, ползком, прыжками и другими способами, причём не только по земле, но и по поверхности других планет. Роботы будут плавать на поверхности рек и морей и в глубинах океана, летать в воздухе (некоторые без посадки), обеспечивая связь и наблюдение за окружающей средой. Многие роботы будут способны менять свою форму и структуру в зависимости от ситуации. Программы и форма роботов смогут создаваться с помощью эволюционных алгоритмов.

Будут и похожие на человека двуногие и двурукие андроиды, универсальные помощники, созданные для взаимодействия с человеком в обычной среде, помощи ему в повседневной деятельности и любви. Первые подобные андроиды - это японский Asimo и корейский Hubo. Распространение на работе и в быту первые такие роботы получат после 2012года.

Воздействие на экономику и общество

Появление роботов окажет огромное влияние на экономику. Физический труд человека станет ненужным во многих областях. Отношение людей к распространению роботов будет зависеть от политико-экономической системы. Например, международное исследование "Автоматизация и промышленные рабочие", проведённое в 15 странах с 1971 по 1979 годы, показало, что в капиталистических странах лишь 37% рабочих готовы активно поддерживать автоматизацию, а в социалистических 69% рабочих. Без активных действий, направленных на перестройку экономики и общества возможны негативные последствия. Но когда этот непростой процесс перехода будет завершён, наше общество преобразится. Практически весь физический труд будет автоматизирован. Большая часть управленческих работ низшего уровня будет выполняться компьютерными системами. Сверхдешёвый труд роботов сделает возможным увеличение расходов на переработку отходов, защиту окружающей среды, безопасность.

Человек больше не должен будет работать, базовый уровень жизни для всех (жильё, питание, медицина) будет обеспечиваться трудом роботов. Люди будут значительно больше заниматься творчеством, отдыхать, наслаждаться жизнью.

Самовоспроизводство и нанороботы

Автоматизированные фабрики сегодня развиваются в сторону увеличения универсальности. Развитие производственных технологий уже к 2020-2030 годам приведёт к появлению самовоспроизводящихся систем, то есть машин, способным производить собственные копии. Первоначально это будут небольшие настольные фабрики. Это окончательно сделает роботов доступными для всех, поскольку каждая такая фабрика сможет из простых и доступных материалов создать несколько своих копий, стремительно увеличив производственные возможности человечества.

К 2015-2020 активно будут использоваться микророботы, размером в сантиметры и миллиметры. Они будут использоваться в медицине, в сельском хозяйстве (как умные сенсоры) и во многих других областях. А лет через 10 получат распространение первые нанороботы (наноботы). Нанороботы смогут выполнять строительство нужных структур из молекул и атомов, что позволит обойтись без специальной подготовки исходных материалов. Это значит, что даже отдельные нанороботы будут достаточно независимыми.

Нанороботы произведут ещё большую революцию, чем роботы обычные, благодаря своей универсальности и размерам. Так, нанороботы не будут нуждаться в каких-то особых материалах - для производства практически чего угодно они смогут использовать даже воду (состоящую из водорода и кислорода) и воздух (содержащий азот, кислород и углерод в углекислом газе).

Нанороботы смогут легко создавать любые, самые сложные и совершенные материалы и продукты с абсолютной точностью. Наномашины смогут не только производить, но и чинить, в том числе и клетки человеческого организма. Именно медицинские нанороботы сделают человека не просто нестареющим и неболеющим, но и практически неуязвимым. Множество невидимых нанороботов в форме "конструктивного тумана" заполнят пространство у поверхности земли, готовые по первой мысленной команде человека мгновенно преобразоваться в любой предмет.

А через какое-то время человечество может принять решение о перестройке всей нашей планеты в гигантскую наносистему. Внешне планета изменится мало, но каждая песчинка, каждая капля, каждая крупица материи будет состоять из множества нанороботов и нанокомпьютеров.

Список используемых источников

1.Мельник А.А., Хоменко В.Н., Плис П.С., П. Энафф, Борисенко В. Ф. - Кинематическая модель робота с шестью степенями свободы и возможностью учета зазора в суставах. Научные труды ДонНТУ, 10(180) 2011, 113 - 120 [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.nbuv.gov.ua/portal...

2.Рябченко В.В., Дацун Н.Н. Использование моделирующей среды для создания программного обеспечения программно-аппаратного комплекса управления роботом-манипулятором семейства Katana фирмы Neuronics AG // Наукові праці Донецького національного технічного університету 14 (188), 2011. - 335 - 339 [электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.nbuv.gov.ua/portal...

3.Барацков А.П. Кто есть кто в робототехнике.

4.Автономный искусственный интеллект2009 Авторы: Жданов А.А.Издатель книги: Бином. Лаборатория знаний

Размещено на Allbest.ru