Об ИИ без мифов. Путеводитель по истории Искусственного Интеллекта
Шрифт:
В создании роботов-игрушек лидирует Японии, чему немало способствуют сохраняющиеся древние традиция: столетиями здесь изготавливали механические куклы каракури-нинге, первое слово «каракури» переводится как «механическое устройство, созданное чтобы дразнить, обмануть или удивить человека», второе слово «нинге» обозначает человека и форму, что совместно может переводиться как марионетка, а также и кукла или чучело. У японцев сложился культ таких игрушек, чему способствует фиксированное в традициях ритуальное поведение – поклоны улыбки и т. д., которые можно назвать механистическими. И, наконец, особенности местной мифологии, нашедшие свое отражение в мультфильмах-аниме.
В 2000 году началась продажа робота-щенка SONY AIBO, название которого отсылает к словосочетанию Artificial Intelligence Robot и созвучно японскому слову, переводимому как приятель. Он мог воспринимать голосовые команды, был запрограммирован
Роботы и лабиринты
В 1911 году американец Адольф Вигель получил патент на замечательного по своей простоте заводного игрушечного жука (Toy Beetle), внешне производящего впечатление разумного поведения. Пущенный по прямоугольному столу в произвольном направлении он доходил до кромки, обнаруживал ее, делал нескольких циклических движений взад-вперед и находил нужное направление, шел дальше вдоль ребра столешницы, доходил следующего края, где процедура циклического поиска нового направления повторялась, и так конца завода. Секрет «разумного» поведения жука фантастически прост, внутри него были два колесика, а впереди длинный щуп. Когда щуп обнаруживал край, механизм управления колесиками реверсировал привод и вступал в действие хитроумный трюк – одно из двух колес пробуксовывало и жук поворачивался на небольшой угол по отношению к кромке, поэтому в следующем цикле он подходил к краю под иным углом и процедура повторялась. За несколько циклов вперед-назад жук был способен повернуться настолько, чтобы дальше двигаться параллельно кромке стола. Возможно, это первый пример примитивного машинного обучения.
Механическое обучение по образу и подобию Toy Beetle нашло продолжение в лишенных какого-либо интеллекта роботах, которые при этом оказались способны к прохождению лабиринтов (Maze Solving Machines). Этот класс роботов строили ученые-психологи с начала 30-х годов, видя в них модели, удобные для изучения условных рефлексов, что-то вроде не требующих пищи собачек академика Павлова. Трудно сказать насколько эти эксперименты оказались продуктивными для психологии, судя по всему не очень, в последующем от них отказались, однако создание лабиринтов (maze generation) и алгоритмов поиска выхода из них (maze solving) переросло в серьезное математическое направление. Это отдельная и чрезвычайно интересная тема. Успехи в микромашиностроении и микроэлектронике открыли возможности для конструирования и изготовления обучаемых миниатюрных роботов-мышей, способных найти выход из лабиринтов, в результате возникло массовое хобби, распространенное во многих странах, прежде всего в Великобритании и Японии, в его основе несложные правила прохождения лабиринтов.
Если в лабиринте нет отдельно стоящих стенок, образующих замкнутые маршруты (такой лабиринт называют односвязным), то его можно обойти полностью, следуя правилу «одной руки», однако при их наличии, такой лабиринт называют многосвязными, правило одной руки не работает. К каким неприятностям приводит доверие правилам прохода лабиринтов описал Джером Джером в «Трое в лодке», а автор смог убедиться в этом на своем примере, когда с уверенность Джорджа пошел в лабиринт венского парка Шенбрунн.
Впервые алгоритм прохождения любых лабиринтов был описан французским математиком Э. Люка в 1882 году, он известен как алгоритм Люка-Тремо. Его реализовал психолог Томас Росс из Университета Вашингтона, создавший Robot Rat, с тех пор этот класс роботов стали называть крысами. Предпосылками к созданию Robot Rat стали работы другого американского психолога Кларка Халла. Robot Rat не был самоцелью, тогда казалось, что, если удастся создать простейшее устройство, обладающее условным рефлексом, то из множества таких устройств можно будет собрать обучаемую систему. Успех пришел к Россу, когда он объединил свои усилия с коллегой Стивеном Смитом, их трехколесный Robot Rat длиной 31 см и шириной 22
Самым известным покорителем лабиринтов стал робот Тезей, созданный Клодом Шенноном в 1950 году. Собственно Тезей был деревянной мышкой с магнитом, а вся логическая схема и управляющая головка с мощными магнитами была расположена под поверхностью лабиринта. Первый вариант Тезея Шеннон сделал собственными руками, он был необычайно мастеровит, но более совершенные экземпляры Тезея были исполнены профессионалами из Bell Labs. Детище Шеннона, как и Robot Rat, стало сенсацией, оно попало на страницы Popular Science, Time, Life и массы других изданий. Современники придавали Тезею гораздо большее значение, чем автор, который рассматривал его как своего рода шутку – хак, как называют подобные вещи в родном ему МТИ, в тамошнем музее их множество. Надо заметить, что Шеннон вообще отличался эксцентричностью, например, он был фанатом жонглирования, создавал странные, никому не нужны механизмы. В 1992 году он сказал «Я никогда не соотносил свои увлечения с тем, что они дают миру, я провел много времени, занимаясь совершенно бесполезными вещами. Я делал разного рода игры и игрушки, даже машины для игры в шахматы и сборки кубика Рубика, ходули с газовыми пружинами и еще бог знает что». Сейчас то, что осталось от Тезея является одним из самых ценных экспонатов в музее МТИ.
В 70-е годы с появлением доступных управляющих мини-компьютеров роботы-крысы стали шире использоваться в исследованиях по экспериментальной психологии, но за границы лабораторий они не вышли, их количество исчислялось единицами. Настоящая революция произошла с появлением встраиваемых микропроцессоров, микроприводов и батарей достаточной емкости, открылась возможность для нового хобби – создания микророботов, проходящих лабиринты. В 1978 году прошли первые соревнования среди роботов-крыс, они привлекли свыше 6000 участников, а призовой фонд составил 250 тыс. долл. Этот класс роботов называют мicromouse, существует сообщество создателей Micromouse Online, где публикуются материалы по конструированию, графики соревнований и многое другое. В последнее время появилась родственная категория роботов, проходящих на скорость размеченную трассу (line follower robot), в качестве разметки может быть использована контрастная линия в видимом свете или нанесенная магнитными чернилами. Одним из наиболее популярных соревнований среди роботов стал Чемпионат мира по футболу среди Robot Soccer World Cup (RoboCup).
Две школы робототехники
В 60-е годы в МТИ и в Стэнфорде начались попытки создания роботов с претензиями на AI, соответственно в этих университетах сложились две различные школы робототехники. Фантазийному представлению о человекоподобном роботе в большей мере соответствует робот Shakey, который создавался в период с 1966 по 1972 в Стэнфодском исследовательском центре AI (Artificial Intelligence Center of Stanford Research Institute). Позже центр был переименован в SRI International, утеряв при этом буквы AI, что символично. По утверждению статьи в Wikipedia, Shakey стал «первым мобильным роботом общего назначения, способным оценивать свои действия». Увы, слишком сильно сказано, поскольку к этому оказался не способен не только Shakey, в истории робототехники не найдется ни второго, ни последующих роботов, наделенных такими способностями. Конечно же, ничего этот робот оценивать не мог, но «мы любим его не за это». Спустя полвека Shakey был признан важнейшим научно-инженерным достижением. Если отбросить сомнительное утверждение о его способности к самооценке, то во всем остальном он действительно стал прообразом многого из того, что делается в робототехнике, в том числе и с точки зрения системной архитектуры, и использования компьютерного зрения, и методов навигации, и другого.
Для своего времени Shakey невероятно совершенен, он был снабжен телевизионной камерой и «кошачьими усами» в качестве датчика для обнаружения объектов, находился на связи по радиоканалу со своим внешним мозгом – поначалу это был компьютер SDS-940 с памятью 64 Kбайт, а потом более мощный PDP-10 увеличенной до 192 Kбайт памятью. По размеру памяти можно понять насколько он был умственно ограничен. Вычислительная часть программного обеспечения писалась на FORTRAN, а сам Shakey «понимал» команды на языке Lisp, предложенном Джоном Маккарти в 1958 году. Наработки, сделанные в процессе создания Shakey, сослужили свою службу при создании роботов Centibots, использованных позже в экспериментах, связанных с исследованиями роевого интеллекта, о чем ниже.