Алгоритмы разума
Шрифт:
Описанные М-автоматы составляют основной фонд «больших» моделей, разработанных и исследованных в процессе изучения возможностей и практических методов использования М-сетей.
Нами были выполнены и некоторые модельные разработки, в которых аппарат М-сетей использовался эпизодически или в модифицированном виде. Анализ результатов, полученных в разработках такого рода, может представлять серьезный интерес при оценке возможностей и свойств обсуждаемого нами аппарата.
Весь опыт моделирования поведения «разумного субъекта» в некоей среде — «лабиринте» — с использованием М-сети и расчетами на ЦВМ подытожен в монографии [4]. В качестве примера на рис. 3 приведены результаты одного из экспериментов по исследованию поведения такого «субъекта».
Семь-восемь лет мы занимались созданием сетевых моделей на ЦВМ, пока не убедились, что возможности таких моделей ограничены. Объем расчетов
Рис. 3. Схема движений и действий МОДа по карте.
Аналоговые модели. Роботы. Тем не менее существует много задач, для которых вполне достаточен и такой ограниченный интеллект. В частности — для роботов, предназначенных для специализированной деятельности. Важнейшим требованием для них должна быть автономность, независимость от ЦВМ, что привело к реализации сетевого интеллекта на физических элементах. Идея сама по себе проста: представить каждую элементарную модель в виде усилителя, на вход которого поступает потенциал от других моделей, а на выходе формируется усиленный потенциал, который тоже передается по связям и гасится пропорционально их сопротивлению. Из таких элементов-усилителей можно создать любую сеть, если каждому придать определенное значение — семантику. Одни элементы — модели предметов, другие — чувств и т.д., как в сетевых моделях РЭМ и МОД. Разные характеристики усилителей и разные сопротивления связей позволяют создать структуры любого назначения. Модель интеллекта на физических элементах в наибольшей мере приближается к имитации мозга. К сожалению, есть разница: несоизмеримо мало число элементов и связей. Однако сложность такого интеллекта целиком определяется технологией. Можно создать довольно большие сети, во всяком случае достаточные для робота.
В 1972 г. были начаты работы по созданию модели ИИ в виде сети из физических элементов. Цель их — построить систему управления в виде М-сети с системой усиления-торможения (СУТ) и разместить ее на тележке.
Прежде чем приступить к разработке макета, были проверены возможности сети из физических элементов с СУТ. Первая сеть содержала 26 узлов и около 300 связей и управляла перемещением писчика по условной среде, изображенной на карте. Результаты экпериментальных исследований этой системы оказались обнадеживающими. Тогда приступили к созданию транспортного робота — ТАИРа.
Конструктивно разрабатываемый макет робота представляет собой трехколесное шасси, на котором смонтированы комплект рецепторов (органов чувств), блок управления, энергосистема и прочие устройства. Размер шасси 1600x1100x600 мм. Все три колеса являются ведущими и имеют автономный привод от электродвигателей мощностью по 30 Вт. Переднее колесо поворотное. Питание электродвигателей осуществляется от аккумуляторных батарей. Скорость движения по ровной поверхности составляет 10—12 м/мин.
Датчики-рецепторы можно разбить на несколько групп.
1. Датчики, определяющие положение робота в пространстве:
а) навигационная система с компасом и двумя радиомаяками;
б) датчики углов наклона тележки в двух плоскостях.
2. Датчики информации об окружающей среде:
а) дистантные. Активный оптический дальномер с радиусом действия до 10 м. Система оптических датчиков близости с диапазоном расстояний до 30 см;
б) контактные датчики — система микровыключателей, установленных на гибком
3. Датчики состояний робота:
а) термодатчики на электродвигателях;
б) датчики крутящего момента на приводах к колесам;
в) датчики напряжения на аккумуляторных батареях;
г) вибродатчик.
4. Датчик времени.
Основу системы управления представляет физически реализованная М-сеть. Специфическая СУТ в М-сети задает положительную обратную связь по возбуждениям узлов и обеспечивает тем самым доминирование в каждый момент времени одного или нескольких узлов над всеми другими. Ввод и вывод информации в М-сети соответствуют возбуждению определенных ее узлов (входных и выходных).
В настоящее время система управления роботом предполагает осуществление целенаправленного движения с обеспечением собственной безопасности (объезд препятствий, избегание опасных мест, поддержание внутренних параметров в заданных пределах) и минимизацию временных и энергетических затрат. Вся сеть, состоящая из 100 узлов, разбита на шесть сфер.
Сферы оценок и распознавания ситуаций являются входными. Аналогично сенсорным системам мозга человека здесь осуществляется анализ воспринятой датчиками информации, на основе которого выполняется интегральная оценка среды, условий задачи и собственных состояний.
Выбор характера поведения в текущей ситуации производится в сфере решений. При этом может быть принято решение, определяющее направление движения, осуществление какого-то сложного маневра или даже выполнение некоторого элементарного действия.
Организация самого двигательного поведения осуществляется тремя сферами, являющимися выходными для сети,— сферами маневров высшего уровня, маневров нижнего уровня и элементарных действий. Здесь формируется последовательность команд, поступающих к эффекторной системе — системе управления поворотным и тяговыми электродвигателями.
Все узлы сети (i-модели) представляют собой усилители постоянного тока со специальными характеристиками. Узлы каждой из выделенных сфер имеют свои определенные характеристики. Точно так же в каждой сфере действует своя СУТ. Связи между узлами выполнены из резистивных элементов в устройстве матричного типа. Для ввода информации от датчиков в сетевое устройство управления используется 60 каналов.
Внешний вид ТАИРа представлен на рис. 4. В настоящее время мы продолжаем работы по созданию новых систем управления роботами. Эти системы пока не претендуют на достижение высокого уровня интеллекта. Правда, для ограниченных целей нейроноподобная семантическая сеть на физических элементах с СУТ хорошо себя зарекомендовала и привлекла внимание исследователей и конструкторов, которые думают об автономных роботах. Планы отдела биокибернетики по совершенствованию автоматов предполагают реализовать обучение, создать ансамблевую организацию из элементов, позволяющую резко увеличить количество моделей при том же числе элементов, улучшить зрительное восприятие среды и даже дойти до человеческой речи. Я не уверен, что эти планы воплотятся в металл достаточно скоро, не потому, что идеи несостоятельны, а исключительно вследствие трудностей их технической реализации. Почти пятнадцать лет попыток моделирования разума человека привели меня лишь к ответу на вопрос «Что такое интеллект.», но существенно не приблизили к созданию его модели. Нейроноподобная семантическая сеть с переменной активностью элементов связей и с СУТ кажется наилучшим аналогом коры мозга, но размеры ее жестко ограничены сложностью воспроизведения, элементарные поведенческие реакции, полученные на описанных моделях, весьма далеки от человеческих и ничего не могут доказать. В самом деле, разве несколько сот элементов нашей сети могут заменить 10 миллиардов нейронов мозга. Если к этому прибавить, что каждая нервная клетка представляет собой функциональную систему из многих тысяч макромолекул, что она имеет несколько сот «входов» и может участвовать в работе различных клеточных ансамблей, давая почти астрономическое число моделей, то разве можно все это воспроизвести. К этому нужно добавить самоорганизацию в виде избирательной тренировки «входов» — синапсов, обеспечивающих память, и тренировку «выхода», резко повышающую активность нейрона. Нервная система — не просто сеть из одинаковых элементов. В ней имеется начальная структура связей и клеток с разной активностью, обеспечивающих врожденные рефлексы, чувства, программу доминирования. Тренируемость клеток и связей позволяет развивать и адаптировать врожденные реакции и наслаивать на них иерархию функциональных актов различных уровней обобщения и содержания. Все это, вместе взятое, дает человеческий разум — изумительное произведение природы, которое, раз возникнув, открыло в мозге новые возможности.