Википедия

Рассказ о самосознании роботов стоит начать со вступления о молодом аспиранте Корнеллского университета (Cornell University) Викторе Зыкове. Родившись в Иванове, знаменитом "городе невест", он закончил Ивановский Государственный энергетический университет. Защитив в 2002 году диплом на кафедре электропривода, Виктор получил степень магистра по электромеханике. После института молодой человек успел сменить несколько мест работы, прежде чем обнаружил, что, несмотря на потребность в электрических машинах, аналогичной потребности в специалистах по ним не наблюдается.

Тоску молодого специалиста развеяла одна из научно-популярных передач канала "Дискавери", где Ход Липсон (Hod Lipson), кандидат наук израильского происхождения из частного массачусетского Университета Брэндайс, рассказывал о своей необычной CAD-программе, которая позволяла по нарисованному от руки наброску в виде проволочной модели восстанавливать законченную сложную трехмерную фигуру. Сообщалось также и о разработанных американцем технологиях автоматической сборки роботов из унифицированных элементов, а напоследок Липсон поделился результатами в области эволюционных алгоритмов.

Виктор, вдохновившись идеями американского ученого, написал ему письмо, в котором, в свою очередь, изложил свои мысли о робототехнике, и спросил, каким образом он мог бы принять участие в его научной деятельности. Липсон откликнулся на письмо ивановского электромеханика, посоветовав ему прислать свою заявку на место в аспирантуре Корнельского университета, где Ход к тому времени начал преподавать. Заявка Зыкова была одобрена, и в марте 2003 года Виктор получил приглашение на учебу в университете. Там он влился в коллектив лаборатории вычисляемого синтеза (Computational Synthesis Laboratory), где вместе с Ходом Липсоном и его бывшим студентом Джошем Бонгардом (Josh Bongard) из университета Вермонта (UVM) занялся исследованиями в области эволюционной робототехники. И одним из последних результатов работы явилось создание робота, обладающего "внутренним самосознанием".

По словам сотрудников лаборатории, их передвигающееся на 4-х конечностях детище способно самостоятельно оценивать причиненные ему повреждения и определять, как приспособиться для продолжения выполнения задания.

Возьмём для примера собаку, у которой вдруг оказалась перебитой одна лапа. Маловероятно, что пёс встанет как вкопанный или упадёт на землю. Скорее он, воспользовавшись тремя здоровыми лапами, убежит в безопасное место. А вот для большинства автономных роботов повреждение ноги смерти подобно. Большинство существующих роботов действуют в условиях не изменяющейся окружающей среды, но, если им предстоит оказаться полезными за ее пределами, то им надо научиться приспосабливаться к неожиданным переменам.

Новый робот, прозванный из-за своей формы "Морской звездой" (Starfish), "использует взаимосвязь "восприятие - приведение в действие", чтобы изучить своё собственное строение и впоследствии использовать эту "самомодель" для передвижения. А когда часть ноги удалена, робот приспосабливает свою модель для создания альтернативной "походки". Эта концепция может помочь в разработке новых сложных машин и пролить свет на "самомоделирование" у животных".

"Большинство роботов имеет фиксированную модель - программу, заложенную инженерами, - объясняет Липсон. - Мы же впервые показали, как модель может появиться внутри самого робота. Это делает машины адаптивными на новом уровне, потому что перед ними можно поставить задачу, не заботясь о создании программы для её выполнения. Мы надеемся, что это - выход роботов на следующую ступеньку познания".

"Если машина ломается, то она имеет тенденцию ломаться полностью",- говорит Джош Бонгард. - Главным достижением является то, что робот может приспособиться и продолжать действовать, несмотря на повреждения".

"Морская звезда" самостоятельно - без написанного человеком алгоритма - научилась передвигаться, пусть ее "походка" и выглядит нелепо. Передвигается робот, скорее, ползком, причем какими-то странными рывками. Но создателей "Морской звезды" это мало заботит. "У него и не было задания поднять свое тело над землей и ходить пешком. У него было задание передвигаться по плоскости по прямой, и робот эту задачу решил достаточно эффективно", - рассказывает Виктор Зыков. "Впервые в мире робот решил задачу не по заложенным в него людьми алгоритмам, а самостоятельно создав эти алгоритмы", - с гордостью добавляет Ход Липсон.

"Вначале, когда робот включается, он не ассоциирует себя как нечто обособленное. Человек смотрит на него и видит у него четыре конечности и небольшое туловище. Но робот этого не знает: он получит эту информацию во время работы, когда начнет изучать себя и окружающим мир", - говорит Липсон.

Сразу после включения "сознание" робота представляет собой почти что "чистый лист". У машины есть задача - двигаться по прямой. Кроме того, роботу известен набор элементов, из которых он состоит (за моторику отвечают 8 подвижных частей - по 2 на каждую конечность). Из этого набора данных он у себя в голове случайным образом строит сотню различных комбинаций-предположений о том, как управляться со всеми этими механизмами. После чего посылает сигнал на сервоприводы - и с помощью встроенных сенсоров проверяет результат. Из 100 моделей "первого поколения" 90% отсеиваются, а остальные слегка видоизменяются, "скрещиваются" друг с другом и заново проходят проверку на полезность для достижения задачи. По словам Зыкова, этот процесс похож на то, как маленький ребенок постигает мир, пытаясь, например, все объекты попробовать на вкус. Так и "Морская звезда" поначалу может пытаться проводить над собой эксперименты, которые не совсем логичны. Например, попытается стукнуть себя об землю. Потом она поймет, что если цель - двигаться вперед, то бить себя об землю неконструктивно, и больше так поступать не будет.

Спустя 16 циклов, в каждом из которых строится по 200 поколений виртуальных моделей. "Морская звезда", наконец, "осознает", как именно она устроена, и запоминает выбранную ею виртуальную модель. "На основе этой модели робот пытается добиться такого режима работы, при котором достигнет своей цели и при этом себя не разрушит, - рассказывает Виктор Зыков. По его словам, в первом же опыте их "Морская звезда" разработала такую систему управления ногами, что сдвинулась с места в правильном направлении с первой же попытки.

"У машины нет какой-то единой модели себя - у неё одновременно имеется множество вариантов, которые конкурируют друг с другом", - говорит Липсон. В итоге робот вырабатывает неловкую, но вполне функциональную походку, а самым эффективным вариантом пока является способ, при котором робот опирается на "живот", подтягивает своё тело, отталкивается "задними" ногами, переваливается, перекатывается.

После того как робот научился передвигаться с помощью четырех ног, ученые имитируют аварию: отключают робота, отрывают ему одну ногу и включают заново. При первом же шаге машина понимает, что старая, приспособленная для четырех ног виртуальная модель не соответствует реальным показаниям датчиков, и тут же останавливается. Тогда "Морская звезда" пускается в очередной виток эволюционных построений и вырабатывает новый алгоритм передвижения - для трех ног. Еще более нелепый с виду, но от того не менее эффективный.

Путь длиной в несколько метров занял у "Морской звезды" больше суток. Но эти десять уродливых "шагов" одного робота - огромный прорыв для всей робототехники.

Для эксперимента был построен робот о четырех щупальцах (размах 0,6 метра). На его борту разместился одноплатный микрокомпьютер PC-104 производства Advanced Digital Logic (на основе Celeron 266 МГц), обладавший нужным количеством сигнальных входов и оснащенный модулем беспроводной связи. Однако ученые возложили на этот контроллер лишь функцию непосредственного управления роботом, а вся вычислительная нагрузка для ускорения эксперимента была перенесена на принадлежащий университету многопроцессорный кластер. Несмотря на его высокую производительность, расчеты заняли около тридцати часов. При этом каждый из узлов кластера работал над всей задачей, и таким образом одновременно было получено несколько десятков независимых результатов. Это было необходимо для проведения статистического анализа и сравнения полученных вариантов. Виктор Зыков сообщил, что существует огромное множество вариантов воплощения эволюционных алгоритмов, и выбор какого-то конкретного тогда не имел слишком большого значения.

По словам советника директора ЦНИИ робототехники и технической кибернетики Александра Железнякова, эта разработка будет востребована немедленно, например, для создания роботов, работающих в экстремальных условиях, будь то кратер вулкана или поверхность другой планеты. "Впрочем, самое главное не это, а то, что на практике доказана сама возможность создания "думающих" механизмов. Одно дело строить адаптивные системы на словах, другое - заставить их работать", - говорит Александр Железняков. Поэтому такие аппараты гораздо интересней и полезней, чем все человекоподобные роботы, которых сегодня плодят в Японии, уверен специалист.

Основная цель исследования была в демонстрации работоспособности самой концепции самопознания, что и было с блеском осуществлено: робот смог не только самостоятельно оценить обстановку, построив собственную виртуальную модель, но и продолжал передвигаться после удаления любого из щупальцев. Кроме того, своим экспериментом научная группа Липсона доказала, что для комфортного существования в окружающем мире будущим роботам нет необходимости обладать детальной моделью своего тела.

Разумность робота "Морская звезда", его способность представлять себя и адаптироваться к самому себе выделяют его из числа себе подобных. "Мы не думаем, что это действительно самосознание, когда робот думает о себе, что он думает, - полагает Липсон. - Но я на самом деле считаю, что он находится на пути к сознанию, как кошка, - где-то на этом уровне".

Бонгард считает, что робот, в некотором смысле, "сознателен" на примитивном уровне, потому что он "думает о себе". Исследователи между тем признают, что робот сам по себе простой и успехи пока скромные, но основной алгоритм уже может быть применён в куда более сложных машинах, чтобы позволить им приспосабливаться к изменениям в окружающей среде и самостоятельно себя ремонтировать, заменяя детали.

"Роботы на других планетах должны быть в состоянии продолжить свою миссию без человеческого вмешательства в случае, если они повреждены и не могут сообщить о проблеме на Землю", - замечает Бонгард, и с ним трудно не согласиться.

myrobot.ru