Занимательная анатомия роботов


НазваниеЗанимательная анатомия роботов
страница10/11
Дата публикации15.03.2013
Размер1.23 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Журналистика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

^ 10. НА ПУТИ К СОЗДА­НИЮ ИСКУССТВЕН­НОГО ИНТЕЛЛЕКТА

МЫСЛЯЩИЙ РОБОТ
Для того чтобы поведение робота было целенаправленным, его «мозг» должен принять на себя функции системы центрального управления: командовать руками, ногами и другими системами, а также контактировать с окружающей средой, следить за ее изменениями. Робот объединяет в себе си­стему восприятия информации из среды, систему ис­кусственного интеллекта и систему выполнения своих механических действий. Поэтому таких мыслящих ро­ботов и назвали интеллектуальными.

Интеллектуальный робот — это цельная искусствен­ная система, способная соответственно вести себя при решении определенной задачи. Робот воспринимает информацию о внешнем мире, анализирует обстанов­ку, принимает решение и сам его реализует. Чтобы осуществить эту сложную деятельность, робот, как и человек, должен планировать свое поведение. Это значит, что все поведение предварительно он должен разделить на отдельные поступки. Совершая поступки, робот непрерывно их контролирует и сравнивает с за­данием. Если же поступок робота не соответствует за­данию, он анализирует причины случившегося, прини­мает решение локального характера. На всем марш­руте движения робот должен подчинять свое поведе­ние достижению конечной цели.
^ ВНУТРЕННИЙ МИР РОБОТА
Чтобы выполнить план своих действий, роботу нужно прежде всего иметь представ­ление о внешнем мире. Если бы окружающая среда была статичной, было бы легко принимать решения и выполнять план своих действий. Однако она бес­прерывно изменяется. В ней нельзя все запрограмми­ровать, как и нельзя все предвидеть. Поэтому робот должен всегда получать информацию о состоянии внешнего мира. А для этого нужно построить внутрен­нюю модель реального мира. Эта модель предста­вляет собой совокупность сведений о реальном мире, в котором функционирует робот.

Одни интеллектуальные роботы обладают больши­ми способностями, другие — меньшими, но все они во­спринимают внешний мир, строя свой, внутренний, и самостоятельно управляют своими действиями. Всех их объединяет одно преимущество перед остальными роботами — это способность самостоятельно «осмысли­вать» окружающую обстановку и соответственно с за­данием действовать.
^ ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ —

ВАЖ­НЕЙШИЙ ЭТАП ПРОЦЕССА РАЗУМНЫХ ДЕЙСТВИИ
Итак, начало положено! Элек­тронные вычислительные машины могут воспроизво­дить некоторые функции нервной системы человека. Один из создателей теории автоматического управле­ния — Уильям Эшби по этому поводу сказал: «Мы знаем, что мозг и вычислительные машины предста­вляют собой просто различные варианты в принципе одинаковых машин». Просто, да не совсем! Еще очень многое из того, на что способен мозг человека, не под силу воспроизвести самым совершенным ЭВМ. При­мером может служить распознавание различных пред­метов, шрифтов, речи, т. е. то, что сейчас именуют рас­познаванием образов.

В разумных действиях этот процесс является толь­ко ступенью общего процесса принятия разумного ре­шения, который является важнейшим завершающим этапом деятельности мозга.

Для того чтобы создать машину, способную при­нимать решения, недостаточно довести ее до фазы распознавания образов и анализа ситуации, а придется еще наделить ее способностью окончательного выбора и принятия решения.

В последнее время на смену первым малоэффек­тивным программам опознания пришли новые, более эффективные; наступил этап макетирования новых опознающих устройств — перцептронов (от слова «перцепция» — восприятие). В результате разработки техни­ческих моделей биологических анализаторов было со­здано несколько экспериментальных образцов перцеп­тронов, предназначенных для автоматического восприятия и опознания зрительных образов. В принципе возможно создание перцептронов, моделирующих органы слуха, обоняния, осязания и других чувств.

Зрительный перцептрон более всего напоминает сетчатку глаза. В перцептроне имеется несколько слоев «клеток», перерабатывающих сигналы; как и в сетчат­ке, эти слои соединены между собой сложными множественными связями; первичные сигналы перера­батываются таким образом, что на выходе перцептрона требуется значительно меньше элементов, чем на его входе. И на входе сетчатки глаза человека имеется 137 миллионов светочувствительных клеток, а на вы­ходе — всего лишь миллион нервных клеток.

Идеи создания перцептронов — элементов искус­ственного интеллекта — в наши дни привлекают внимание не только ученых. В определенной степени эта идея доступна молодым энтузиастам технического творчества и роботостроения.

Роботы должны стать разумными! Для них нужно создать системы распознавания образов и принятия решений. Мы познакомимся с некоторыми конструк­циями перцептронов, которые могут изготовить и за­тем усовершенствовать энтузиасты технического твор­чества и роботостроения. Создать классическую струк­туру перцептрона в любительских конструкциях нелег­ко. Особенно сложно выполнить его систему обучения.
ПЕРЦЕПТРОН
Почтовый перцептрон. «Почтовое учреждение в Эдинбурге, господину Виллару Лау, юве­лиру, в собственные руки, недалеко от Парламента, вниз по ярмарочной лестнице, против Акциза» — вот как выглядел адрес во второй половине XVIII столе­тия. Чтобы доставить письмо по назначению, почтальону приходилось выполнять функции адресно­го стола. Впрочем, писем тогда писали не так уж много.

В наше время на каждом почтовом конверте указан точный адрес: область, город, улица, номер дома, квартиры, фамилия адресата. Нетрудно представить, какого большого числа квалифицированных сортиров­щиков требует столь огромный объем корреспонден­ции (пусть и точно адресованной).

Процесс сортировки писем значительно упрощает­ся с введением цифровой шестизначной индексации. Согласитесь, что прочитать шестизначное число, напи­санное стандартными цифрами, намного легче, чем сам адрес. В соответствии с цифровой системой индек­сации вся территория Советского Союза условно раз­бита на отдельные участки. Каждый такой условный участок обозначен первыми тремя цифрами шестиз­начного индекса. Четвертая цифра индекса обозначает одну из десяти зон, входящих в участок; пятая — один из десяти секторов зоны; шестая — одно из десяти адресных предприятий связи, относящихся к данному сектору. Для написания цифр применяют специальную сетку, состоящую из девяти элементов (рис. 74).
^ Рис. 74. Сетка из девяти элементов
Сетку заполняют цифрами, после чего адрес, закодированный шестизначным числом, может прочесть автомат — сорти­ровщик писем.

Как это происходит? По сути, автомату вовсе не обязательно, чтобы начертания цифр имели привыч­ный для нас вид. Главное, чтобы две любые цифры различались хотя бы одним элементом.

Оказывается, что минимальное число элементов, с помощью которых можно составить 10 различных комбинаций — кодов цифр, — равно 4. Если мы выберем элементы 2, 3, 7 и 4 по рис. 74, то коды цифр будут иметь вид, показанный на рис. 75. Значит, опознавать цифры можно с помощью всего четырех фотоэлемен­тов. Электронное опознающее устройство и является перцептроном.

Принципиальная схема автомата, читающего цифры, показана на рис. 76. Фоторезисторы BR1 — BR4 установлены в считывающей ячейке (рис. 77). В эле­менте 2 изображения цифры (см. нумерацию рис. 75) расположен фоторезистор BR1, в элементе 3 — BR2, 4 — BR3, 7 — BR4. Последовательно с каждым фоторези­стором включена обмотка соответствующего электро­магнитного реле К1 — К4. При освещении фоторези­стора его сопротивление уменьшается, ток, протекаю­щий через него, увеличивается, в результате чего реле срабатывает. Контакты реле К1 — К4 включены по схе­ме дешифратора.

Наложим, к примеру, на ячейку цифру 3 индекса, вырезанную из жести или плотного картона. Тогда фоторезисторы BR1 и BR4 будут закрыты, a BR2 и BR3 — освещены внешним светом. Реле К2 и КЗ сра­батывают, и включается лампа HL6, подсвечивающая цифру 3. Аналогично автомат опознает и другие де­вять цифр.
Рис. 75. Вид цифр

Рис. 76. Принципиальная схема читающе­го автомата
Рис. 77. Считы­вающая ячейка
Рис. 78. Внешний вид перцептрона

В устройстве применены следующие реле: К1 и К2 — РЭС9 (паспорт РС4, 524.201), КЗ — РЭС22 (паспорт РФ4.500.131), К4 — РС13 (паспорт РС4.523.07). Фо­торезисторы — ФСК-1. Трансформатор Т1 набирают из пластин Ш20, па­кет толщиной 40 мм. Обмотка I содержит 14000 вит­ков провода ПЭЛ 0,31; II — 450 витков провода ПЭЛ 0,15; III — 45 витков провода ПЭЛ 0,8. Диоды Д226Б можно заменить на Д7Е, Д7Ж, Д226В.

Внешний вид прибора представлен на рис. 78. На лицевой панели корпуса расположена ячейка с фоторе­зисторами и индикаторное устройство — цифры 1 — 9, О, подсвечиваемые лампами HL1 — HL10.

Описанная модель опознает цифры одного разряда почтового индекса. Увеличив число подобных устройств до шести, мы сможем добиться опознавания всех цифр индекса.

^ Перцептрон на микросхемах. В 1985 году в журнале «Радио» была опубликована схема микроэлектрон­ного перцептрона, который разработан под руковод­ством Л. Д. Пономарева и распознает пять цифр (рис. 79).

Глаз перцептрона состоит из четырех блоков А1 — А4 с фотодиодами BD2 — BD4. На стыке элемен­тов 1 и 2 сетки (см. рис. 74) размещен фотодиод ячей­ки А1, под ним на стыке элементов 1, 7 и 6 в левом нижнем углу находятся ячейки A3, в правом ниж­нем — ячейки А4. Над фотодиодами в корпус автомата вмонтированы осветители (на схеме не показаны).

Пока глазу ничего не показывают, все его фото­диоды освещены и транзистор в каждой ячейке от­крыт. На коллекторе транзистора — небольшое напря­жение, соответствующее уровню логического 0. Сиг­налы с ячеек поступают на дешифратор, состоящий из логических элементов микросхем DD1 — DD4. Вы­ходными элементами дешифратора служат логические элементы с открытым коллектором, поэтому если на выходе этих элементов присутствует уровень логичес­кой 1, лампы HL1 — HL4 на табло перцептрона выклю­чены.

^ Рис. 79. Перцептрон на микросхемах
Как только к глазу перцептрона будет поднесена, скажем, цифра 1, нарисованная черным лаком на пластине из органического стекла, она закроет фотодиоды второй и четвертой ячеек. Закроются соответствующие транзисторы, и на входах элементов DD1.2, DD1.4 бу­дет напряжение, соответствующее уровню логической 1, а на их выходах — логического 0. Нетрудно проследить, что при этом у элемента DD2.1 на всех входах будет сигнал 1, а на выходе — 0. Включится лампа HL1, высветив на табло цифру 1. Когда глазу перцептрона покажут цифру 2, загорится лампа HL2, при цифре 3 будет светиться лампа HL3, и т.д.

В перцептроне можно применить другие фото­диоды, разброс их параметров компенсируют под — строечным резистором R2 и подборкой резистора R1. Лампы HL1 — НЬ5 — на напряжение 6,3 В и ток не более 60 мА.
^ САМОВОСПРОИЗВОДСТВО РОБОТОВ
От искусственного интеллекта и самообучения ЭВМ и роботов остается совсем не­много до проблемы самовоспроизводства роботов. Рассмотрим самую удивительную из всех киберне­тических машин — машину, способную к самовоспроиз­водству или, еще лучше, способную производить более совершенные машины, чем она сама (рис. 80).



^ Рис. 80. Схема робота, собирающего по чертежу
По идее Дж. фон Неймана машина — родитель представ­ляется помещенной в содержащее компоненты ограни­ченное пространство, из которых состоят аналогичные машины. По инструкции, записанной на ленте, маши­на — родитель должна отбирать необходимые элемен­тарные компоненты и строить из них потомка.

Чтобы понять существо этого предложения, необ­ходимо четко уяснить принцип блочной конструкции. Машины, отвечающие современным требованиям, имеют сравнительно простую конструкцию, ибо для их построения применяют заранее изготовленные бло­ки. Не меньшее значение имеет замечательный вывод известного физика, лауреата Нобелевской премии Джорджа П. Томсона, высказанный им в его проник­новенной книге «Предвидимое будущее»: «Миру, в ко­тором мы живем, присуща одна особенность столь об­щего и столь универсального характера, что она не привлекла к себе, по — видимому, должного внимания. Я назову ее, за отсутствием лучшего определения, «принципом массового производства». Это — тенденция природы к почти бесконечному повторению всех поро­ждаемых ею существ. Нагляднее всего эта тенденция проявляется, видимо, в мире мельчайших объектов. Во вселенной существует меньше ста разновидностей ато­мов, а сами эти сто разновидностей состоят из очень малого числа (из двух или трех) обычных, элемен­тарных частиц — электронов, протонов и нейтронов. На этом уровне все индивидуумы, образующие множество объектов, идентичны. Примеры, подтверждающие это положение, могут быть найдены в мире как живой, так и неживой природы: дождевые капли, песчинки, ча­стицы дыма, бактерий, клетки любого куска с виду однородной органической ткани. Всякое дерево покры­то летом большим, хотя, быть может, и не вполне одинаковым количеством листьев. Каждый лист со­стоит из множества сравнительно немногочисленных разновидностей клеток...

С моей точки зрения, эта множественность пред­ставляет собой самую замечательную особенность все­ленной, какой она предстает перед нами. Внима­тельный наблюдатель обнаруживает это даже визуаль­но, а прогресс в области разработки точных инстру­ментов и в развитии научных познаний выявляет эту особенность уже с полной и поразительной очевид­ностью.

Это, безусловно, одно из основных явлений мира, которых не изменят никакие новые открытия. Ато­мизм в самом широком смысле этого понятия — мас­совое производство, осуществляемое природой, — представляет собой глубочайшую из научных ис­тин» [Томсон Дж. П. Предвидимое будущее. М.: ИЛ, 1958. Стр. 35 — 37].

И в самом деле, элементарные логические ячейки, составляющие основу современных ЭВМ, знают толь­ко два сочетания: 1 и 0. А ведь ЭВМ способны управ­лять не только роботами, но и сложнейшим производ­ством, а иной раз выигрывать в шахматы у гроссмей­стеров, и все это на основе различных логических сочетаний все тех же элементарных ячеек.

Вот и ключ к решению задачи самовоспроизвод­ства: машине — строителю нужно только умело соби­рать блоки элементарных логических ячеек и созда­вать потомство с большей памятью и другими перспективными характеристиками.
^ 11. КОНСТРУИРОВАНИЕ РОБОТОВ

РОБОТЫ — ИГРУШКИ
На рис. 81 вы видите модель ки­бернетического краба, созданную юными техниками в пионерском лагере им. Вити Коробкова (Крымская обл.). Краб двигается на свет электрического фонаря или на солнечный свет, перемещаясь с помощью двух электродвигателей с редукторами, которые вращают колесо (такие узлы есть в комплекте многих детских электромеханических конструкторов). Поверх ходовой части на металлической плите собраны два узла зре­ния из радиокубов. Нос краба — отсек с батареями 3336 (для питания двигателей) и «Крона» (для питания устройства зрения) — отделяет один глаз краба от дру­гого. Поэтому боковой свет попадает только в один глаз, и его реле включает электродвигатель, развора­чивающий краба в сторону источника света. Как толь­ко свет попадает и во второй глаз, включается второй электродвигатель и краб движется прямо на источник света. Чтобы в глаза краба попадало больше света, его металлическая платформа установлена под углом 45° к горизонту. Третье колесо, поддерживающее плат­форму, свободно поворачивается при ее поворотах.

^ Рис 81 Кибернетический краб
Эту конструкцию можно усовершенствовать. На­пример, установить на крабе лампу, на свет которой реагировала бы система зрения другого краба. Эту игру можно назвать «электронной охотой». Крабы, снабженные лампами, будут охотиться друг за другом, пока один не настигнет другого.

Такие же устройства зрения можно установить в фанерную модель собаки, и она, подобно крабу, бу­дет двигаться на свет, лая и помахивая хвостом. Из­вестно много других примеров простейших кибернети­ческих автоматов, моделирующих поведение живых существ.

Наши модели, взаимодействуя с внешней средой, воспроизводят некоторые элементы поведения живых организмов. Внешняя среда воздействует на органы чувств живого организма. У автоматических же моде­лей роль чувств выполняют чувствительные элементы, способные реагировать на различные воздействия внешней среды. В качестве таких элементов служат фотоэлементы, микрофоны, чувствительные электро­механические реле, реагирующие на механические воз­действия, и другие электронные приборы.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Занимательная анатомия роботов iconМихаил Гаспаров Занимательная Греция ocr библиотека сно
«Гаспаров М. Л. Занимательная Греция»: Новое литературное обозрение; Москва; 2004
Занимательная анатомия роботов iconЭкзаменационные вопросы по дисциплине «Анатомия человека»
Анатомия и ее место в ряду биологических дисциплин. Значение анатомии для медицины. Методы анатомических исследований
Занимательная анатомия роботов iconАнатомия (анатомия опорно-двигательного аппарата) объемные требования...
Уровни организации живого организма. Строение клетки. Ткани, органы, системы органов
Занимательная анатомия роботов iconВопросы к экзамену по дисциплине «Анатомия и морфология человека»
Анатомия как наука: предмет изучения, задачи и методы анатомии, связь с другими науками. Понятие об органе, системе органов и аппарате...
Занимательная анатомия роботов iconЭкзаменационные вопросы По курсу анатомия человека Общетеоретические вопросы история анатомии
...
Занимательная анатомия роботов icon«Топографическая анатомия и оперативная хирургия лёгких и органов...
Актуальность темы: Топографическая анатомия легких и средостения является теоретической основой торакальной хирургии
Занимательная анатомия роботов icon«Топографическая анатомия и оперативная хирургия сердца и перикардиальной сумки»
Актуальность темы: Топографическая анатомия сердца и сердечной сумки служит анатомическим обоснованием технологии оперативных вмешательств...
Занимательная анатомия роботов iconОтчет по курсовому проекту по дисциплине «Расчет моделирование и конструирование оборудования»
Общий обзор систем и устройств смазывания мрс и промышленных роботов. Патентный обзор и обзор периодики
Занимательная анатомия роботов icon«Топографическая анатомия и оперативная хирургия переднебоковой стенки живота»
Актуальность темы: Топографическая анатомия переднебоковой стенки живота является анатомической основой технологии грыжесечения,...
Занимательная анатомия роботов icon«Топографическая анатомия и оперативная хирургия надплечья и плеча»
Актуальность темы: топографическая анатомия надплечья и плеча верхней конечности служит обоснованием хирургических вмешательств на...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница