Об ИИ без мифов. Путеводитель по истории Искусственного Интеллекта
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 см имел электромеханическую логику, позволявшую ему находить выходы из сложных ситуаций и обучаться в процессе прохождения лабиринта. После нескольких попыток он мог проходить лабиринт без ошибок. В 1935 году Robot Rat стал сенсацией, о нем писал журнал Time, Scientific American и другие.
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.
Но главным достижением создателей Shakey оказался не сам робот, а сопутствовавшие исследования, по их результатам было получено более 2000 патентов и опубликовано свыше 5000 статей. После первой неудачной попытки научить робота сборке телевизора создание интеллектуального робота перестало рассматриваться как самоцель, фокус сместился на создание роботов-помощников. Не случайно на торжественной церемонии в связи с помещением Shakey в Компьютерный музей в Маунт-Вью Нильс Нильсон, один из его создателей и соавтор известной книги по AI сказал: «Нынешние роботы гораздо совершеннее, у них мощные системы управления, но они по-прежнему не понимают того, что делают», чем опроверг утверждение из Wikipedia. Вслед за Shakey появилось огромное количество различных устройств, претендующих на признание их роботами, но ни одно из них не обладает признаками собственного сознания и целеполагания».
Альтернатиную массачусетскую школу робототехники называют поведенческой (Behavior-based robotics, BBR), она ставит целью создание хотя и простых, но обладающих способностью к адаптации в окружающей среде и к выполнению относительно несложных повторяющихся действий роботов. Действия систем, построенных на принципе BBR, ближе к рефлекторному поведению животных, особенно насекомых, – они делают попытку, чаще всего обнаруживают ошибку, вносят коррекцию и повторяют в цикле действие с обнаружением ошибки до тех пор, пока не достигнут желаемого результата. По сути оно представляют собой усовершенствованную версию описанного выше Toy Beetle.
Отцом концепции BBR обычно называют австралийца Родни Брукса, проработавшего более 20 лет в MIT Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory с середины 90-х, а на протяжении последних 10 лет он возглавлял это исследовательское учреждение. Свое профессиональное кредо он выразил в статье «Слоны не играют в шахматы» (Elephants Don't Play Chess, 1990), в ней Брукс пишет, что под роботом он понимает машину, способную делать что-то полезное для человека: «Для того, чтобы робот мог делать повседневную работу в общей с человеком среде, его когнитивные способности должны быть основаны на сенсомоторном взаимодействии с этой средой, где критически важной является координация между датчиками и исполнительными органами».
В минимальной форме основную идею BBR, как это ни покажется странным, можно реализовать средствами механики. В XIX веке были созданы игрушки, воспроизводящие ее. А первый электронный BBR-робот в 1949 году создал англо-американский нейрофизиолог и психиатр Грей Уолтер (Grey Walter, 1910–1977). Он назвал его машиной соображающей (machina speculatrix) с двойным собственным именем Elmer Elsie (ELectroMEchanical Robot, Light-Sensitive), которое переводится как электромеханический робот, чувствительный к свету. По внешнему виду и по скорости передвижения робот напоминал черепашку, наделенную способностью к фототропизму, то есть к движению на свет. Добавив к Elmer Elsie несколько логических цепей Уолтер сделал машину обучаемую (machina docilis) CORA, она могла обучаться условным рефлексам по И. П. Павлову. Непосредственными преемниками Elmer Elsie стали роботы BEAM (Biology, Electronics, Aesthetics, Mechanics), использующие простые аналоговые цепи вместо микропроцессоров, что обеспечивает им простоту и надежность при выполнении определенного задания.