Искусственный интеллект
Одним из самых загадочных явлений является так называемое распознавание образов человеком. Ведь мы можем почти мгновенно опознать знакомого человека в толпе или его голос по телефону.
В течение всей жизни человек распознает образы: он сравнивает увиденные и услышанные образы с хранящимися в его памяти и опознает знакомые образы. В соответствии с этим он принимает решения о своих действиях. Этот процесс представляет собой одну из самых сложных загадок человеческого мозга. На его решение уже потрачены многие годы и значительные научные силы. Ведь это очень важно для работ по созданию искусственного интеллекта и автономных роботов.
Алан Тьюринг в начале 1950-х годов сформулировал такой тест: компьютер можно считать разумным, если он способен заставить нас при общении с ним поверить, что мы имеем дело не с машиной, а с человеком.
По мере продвижения работ в области искусственного интеллекта появляются все более новые его определения. Одно из самых полных принадлежит одному из самых крупных ученых в этой области Марвину Мински (США): "Это наука по созданию машин, которые могут делать то, что им позволяет делать уровень человеческого интеллекта".
Рис. 10.16. Марвин Мински
Начало работ по созданию машин, обладающих искусственным интеллектом, стимулировал Норберт Винер своей знаменитой книгой "Кибернетика, или управление и связь в животном и машине", появившейся в 1948 году. Он выдвинул принцип обратной связи, который заключается в использовании информации, поступающей из окружающей среды, для изменения поведения машины. В своей книге Винер доказывал, что благодаря обратной связи все живое приспосабливается к окружающей среде и добивается своей цели. Эта книга стала результатом его работ в области создания средств вычислительной техники для нужд обороны и его совместных исследований с физиологом Артуро Розенблютом.
На их основании Винер увидел глубокую аналогию между поведением машин и живых организмов в их приспособлении к изменениям в окружающей среде с помощью универсального механизма обратной связи - общего для техники и живой природы. Винер также обратил внимание на важнейшую роль обратной связи для поддержания гомеостаза у живых организмов - механизма поддержания устойчивости основных физиологических функций организма.
Винер также установил следующую аналогию между нервной системой и вычислительной машиной: важнейшей функцией обеих является память, "т.е. способность сохранять результаты прежних действий для использования в будущем". Он отмечает, что существует память, необходимая для выполнения текущих процессов, например умножения. При этом промежуточные результаты не имеют ценности после завершения процесса, и должны уничтожаться. Такая память должна позволять быстрые запись, считывание и стирание. Но существует память, предназначенная служить частью архива (или постоянной записи) машины или мозга и составлять основу будущего поведения машины.
В то же время Винер увидел и различия между поведением машины и мозга. Машина предназначена для выполнения многих последовательных программ и может быть очищена при переходе от одной программы к другой, а мозг в нормальных условиях никогда не очищается от своих прошлых записей. Поэтому мозг не является полным подобием вычислительной машины.
Говоря о памяти, Винер отмечает, что "хороший способ построить кратковременную память - это заставить последовательность импульсов циркулировать по замкнутой цепи до тех пор, пока эта цепь не будет очищена внешним воздействием". Весьма правдоподобно, что это и происходит в нашем мозге при хранении импульсов, относящихся к так называемому "мнимому настоящему". Этот способ был воспроизведен в вычислительных машинах.
Таким образом, Винер указал способ построения схем оперативной (или, по его терминологии "кратковременной") памяти с помощью обратной связи. Приведу одно важное для понимания информационных процессов высказывание Н. Винера:
"Информация - это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспосабливания к нему наших чувств. Процесс получения и использования информации является процессом нашего приспособления к случайностям внешней среды и нашей жизнедеятельности в этой среде <...> сообщение и управление точно так же связаны с самой сущностью человеческого существования, как и с жизнью человека в обществе." Н. Винер "Кибернетика и общество".
Здесь уместно напомнить, какие определения понятия "жизнь" даются в современных энциклопедиях:
"Жизнь - одна из форм существования материи. Живые организмы отличаются от неживых объектов обменом веществ, раздражимостью, способностью к росту, развитию, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, приспособляемостью к среде".
При этом поясняется, что раздражимость - это свойство отвечать на воздействия внешней среды изменением своего состояния или деятельности, то есть своего рода ответная реакция или обратная связь. Как уже упоминалось, существует также важнейшее для существования жизни понятие "гомеостаз" - относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических свойств организма. К этим определениям так и напрашивается важнейшее добавление. Кроме обмена веществ, жизнь как понятие характеризует также и обмен информацией, получение живыми организмами информации из внешней среды, как от неживых объектов, так и от других живых организмов, и обмен информацией с ними. Только обмен информацией объясняет такие свойства живых организмов, как раздражимость, приспособляемость к среде обитания.
Ф. Энгельс определял жизнь как особую форму существования белковых тел. Современное определение жизни, дополненное способностью к анализу информации и принятием на его основе самостоятельных решений, скоро можно будет отнести не только к живым организмам, но и к роботам, наделенным искусственным интеллектом. Современные роботы уже могут приспосабливаться к изменениям среды обитания и даже способны производить себе подобных. Пока отделяет их от живых организмов отсутствие обмена веществ со средой обитания. Но об этом речь впереди...
В 1943 году нейрофизиолог Уоррен Маккаллох и математик Уолтер Питтс разработали теорию деятельности головного мозга. Основываясь на результатах изучения нейронов, проведенных Маккаллохом, они с Питтсом предложили гипотезу: нейроны можно упрощенно рассматривать как устройства, работающие в двоичном коде. На основе этой гипотезы они построили схему сети электронных "нейронов", способную выполнять любые числовые и логические операции. Конечной целью своих исследований Маккаллох и Питтс видели в создании "адаптивной сети", "самоорганизующейся системы" или "обучающейся машины". Эти устройства должны уметь следить за окружающей средой и с помощью обратной связи изменять свое поведение.
Норберт Винер (1894-1964) - американский математик, автор книг "Кибернетика", "Кибернетика и общество", "Я - математик". Труды по математическому анализу, теории вероятности, электрическим сетям и вычислительной технике.
Уоррен Маккаллох (1898-1969) - американский нейрофизиолог. Труды по анализу информационных явлений в нервных сетях средствами математической логики. Совместно с У. Питтсом ввел понятие формального нейрона.
Исследования в области искусственного интеллекта идут уже более полувека. За эти годы пройден огромный путь, достигнуты значительные результаты в отдельных областях, например, в области стратегических игр. Как уже говорилось, человек во время всей своей жизни должен принимать решения в соответствии с изменениями в окружающей среде. То же самое требуется и в играх. При этом происходит распознавание образов, характеризующих окружающую среду. Затем происходит их анализ и классификация. Для этого мозг сравнивает их с теми, которые известны человеку из прошлого и хранятся в его долговременной памяти. Но механизм распознавания является одной из самых сложных задач в области искусственного интеллекта. При решении таких задач очень важным является изучение механизма извлечения знаний из долговременной памяти. Уже упоминалось, что у человека этот процесс происходит с помощью ассоциаций. Исследователи искусственного интеллекта пытаются создать нечто похожее на них. При решении задач искусственного интеллекта приходи
тся перебирать огромное число вариантов. При этом возможны три варианта действий: случайный поиск, полный перебор и так называемый эвристический поиск.
Любой вариант перебора заставляет перебирать так называемое "дерево решений". Он называется так потому, что с каждым шагом "ветвится" на все новые и новые варианты.
При случайном переборе никакого метода поиска нет, все делается по принципу "если повезет", но вероятность такого везения ничтожно мала, поэтому эффективность этого пути близка к нулю. Полный перебор по заранее намеченному плану безусловно ведет к цели, но число вариантов может быть так велико, что время поиска может приближаться к бесконечности. Ярким примером такого перебора является игра в шахматы. Число возможных вариантов позиций в ней так велико, что для их полного перебора не хватит не только мощности самых современных суперкомпьютеров, но и целой жизни. Поэтому шахматисты ограничиваются перебором вариантов только на несколько ходов вперед. Чем глубже перебор, тем лучше играет шахматист. Ведь при этом он в своей памяти перебирает не только возможные варианты, но и множество уже встречавшихся вариантов в партиях других шахматистов, известных данному игроку.
Но не только в этом заключается сила игрока. Каждый из них вырабатывает свои приемы, ведущие к правильной оценке каждой позиции и всей партии. Такой творческий подход стараются смоделировать при звристическом поиске.
При таком эвристическом поиске в каждой его точке применяются эвристики - правила, облегчающие результативность каждого варианта с точки зрения скорейшего достижения цели. Слово "эвристика" создано на основе греческого "эврика", означающего "открытие". Этот метод оказался плодотворным и применяется в современных программах для игры в шахматы, все более усиливая класс игры компьютера. Эвристики являются своеобразной заменой ассоциаций для компьютера.
Не так давно средства массовой информации устроили большой шум по поводу выигрыша матча компьютерной шахматной программой фирмы IBM у чемпиона мира Гарри Каспарова. Все газеты поместили его фотографию - склонившегося над доской с трагическим выражением лица. Это событие подавалось чуть ли не как победа робота над человеческим интеллектом. Однако на самом деле это как раз, наоборот, победа интеллекта человека. Ведь это он создал такую замечательную программу, играющую в силу гроссмейстера. Осуществилась мечта Михаила Ботвинника, который одним из первых начал работу по созданию компьютерных шахматных программ.
Между тем совершенствование компьютерных шахматных программ продолжается. Созданы программы Deep, Fritz, Shredder, Hiarcs и, наконец, программа "Рыбка".
Ее создатель, 35-летний чешский международный мастер Васик Райлих подошел к разрабатываемой им программе с совершенно иной позиции, качественно улучшив и принципиально изменив в ней механизм оценки позиции. Перебор позиций заменен более глубоким подходом к шахматным нюансам, особенно интересно революционное отношение программы к такой теме, как позиционная жертва. Кстати, многие эксперты отмечают очень "человеческий" стиль "Рыбки", ее оценочная шкала значительно больше приближена к мышлению шахматиста.
Колоссальное превосходство программы в миттельшпиле (середине щахматной партии) позволило ей в короткие сроки возглавить рейтинг-листы компьютерных программ, перейдя фантастическую отметку 3000, которой не достиг еще ни один из великих гроссмейстеров.
У сильнейших гроссмейстеров появилась боязнь подсказок со стороны шахматных компьютерных программ во время матчей.
Во время матча на первенство мира между российским гроссмейстером Владимиром Крамником и болгарским гроссмейстером Веселином Топаловым в 2006 году возник так называемый "туалетный скандал".
Матч за мировую шахматную корону был под угрозой срыва. Команда Веселина Топалова обвинила Крамника в том, что он слишком часто ходит в туалет: болгары насчитали более 50 таких выходов. Как выяснилось в результате видеопросмотров, россиянин выходил в туалет гораздо реже. Однако это не помешало комитету вынести более чем странное решение: оба личных туалета гроссмейстеров закрыть и разрешить им пользоваться только общей уборной в фойе - то есть за пределами игровой зоны.
Естественно, это решение не устроило Крамника. В результате он не вышел на пятую партию, ему было засчитано техническое поражение, а счет в поединке стал 3:2 в пользу россиянина. После этого Крамник заявил, что откажется от участия в матче.
В результате стороны пришли к соглашению, что у каждого гроссмейстера будет свой туалет и комната отдыха, а представителям команд предоставят возможность тщательно обследовать эти помещения перед каждой партией, чтобы исключить варианты с подсказками.
Почти год назад гроссмейстеры обвинили болгарина Топалова в том, что во время официальных матчей он пользуется подсказками компьютерных программ. Например, в матчах с Вишванатаном Анандом и Гатой Камским почти все ходы новоиспеченного чемпиона совпали с рекомендациями одной из сильнейших компьютерных шахматных программ "Рыбка".
Шахматные компьютерные программы являются важной частью работ по созданию искусственного интеллекта, то есть способности робота воспринимать и оценивать обстановку, а затем принимать самостоятельные решения в изменяющихся условиях. Это нужно, например, роботу-тележке, который сейчас обследует поверхность Марса. При возникновении препятствий он сможет, не запрашивая команды с Земли (а ждать их долго), сам принять решение о дальнейшем движении.
Корпорация Sony создала робота-игрушку по имени AIBO ERS-210 - сокращение слов "artificial intelligence" (искусственный интеллект) и "robot" (по-японски это "товарищ"). Этим первым домашним роботом со способностью распознавания голоса управляет микропроцессор RISC, не уступающий по мощности персональному компьютеру. Оперативная память робота составляет 16 Мбайт. Голова, ноги, уши и хвост у него подвижные. Благодаря своему программному обеспечению - операционной системе Sony Aperios - робот-щенок AIBO обладает эмоциями (он может "радоваться", "сердиться"), инстинктами, способностью обучаться и "взрослеть".
Рис. 10.17. Робот-щенок AIBO корпорации Sony
Благодаря датчику давления на голове он реагирует на дружеское поглаживание или шлепки в наказание за "проступки". Дальномер не позволяет ему натыкаться на стены. Светочувствительные глаза робота AIBO загораются зеленым цветом, если он "радуется", и красным, если он "сердится". Встроенной в "лоб" камерой CCD робот может делать фотоснимки, которые позволяют Вам увидеть то, что "видел" он. При включении AIBO поднимается на ноги, как щенок. Он может выполнять различные трюки, если предоставлен сам себе, или следовать командам с пульта дистанционного управления. AIBO реагирует на розовый цвет и меняет направление движения, если двигать перед ним мячик розового цвета. Робот-щенок поддается программированию с любого персонального компьютера с помощью дополнительного программного обеспечения AIBO Perfomer Kit. Программа загружается через его порт Memory Stick. Если этот развлекательный робот вам надоест, можно нажать на его груди кнопку PAUSE, и он будет спокойно
сидеть. Вес AIBO - 1,4 кг, а работать в автономном режиме он может 1,5 часа.
Вслед за роботом-щенком появилась плавающая в аквариуме электронная "рыба" и целый ряд домашних "зверушек". Роботы уже освоили плавную человеческую походку, могут стоять на одной ноге, способны включать и выключать свет в комнате. Разрабатывается робот-уборщик для обычных квартир. Уже создан прототип автомобиля с искусственным интеллектом. Он способен по указаниям человека самостоятельно двигаться к цели, избавив хозяина от обязанности крутить баранку и нажимать на педали.
На выставке Sony Dream World 2003 в Париже, а в декабре 2003 года и в Москве на празднике Sony был показан робот-андроид - Qrio. Это первый в мире двуногий кибер, который по своим физическим параметрам - 7 килограмм при росте в 58 сантиметров - близок к полугодовалому ребенку. Такой размер Sony признала оптимальным и безопасным для игры с детьми. А именно для этого и предназначен робот Qrio.
Рис. 10.18. Робот Qrio корпорации Sony
На презентации он продемонстрировал свои неординарные физические и интеллектуальные способности. Благодаря 38 встроенным сервомоторам Qrio обладает достаточной свободой движений и хорошей координацией. Например, он может быстро передвигаться, брать предметы, танцевать, подниматься по небольшой лестнице и даже держать равновесие, стоя на одной ноге. На глазах у удивленных посетителей киберы с успехом танцевали под музыку.
Рис. 10.19. Танец группы роботов Qrio (фото автора)
Интеллектуальные возможности Qrio также не могут не удивлять. Робот знает более 60000 слов на разных языках мира, слушается команд и может даже, как уверяют в Sony, сам задавать "умные" вопросы в зависимости от ситуации, обладая зачатками адаптивного поведения. Движения и интеллект робота Qrio контролируют три встроенных компьютера на базе процессора RISC R5000 с 64 мегабайтами оперативной памяти. В качестве операционной системы производитель использовал Aperios, разработанную еще для робота-собачки AIBO. Кроме того, робот снабжен стереообъективами, семью микрофонами и 36 датчиками движения, из которых семь отвечают за безопасность.
Где же сегодня применяются роботы? В основном это так называемые промышленные роботы: автоматические программно-управляемые манипуляторы, выполняющие рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.
Они используются в машиностроении, на транспорте, в легкой промышленности, на вредных и опасных производствах (например, в атомной энергетике), на автоматизированных складах, в медицине, например, при хирургических операциях на сердце.
Специализированные роботы используются в тех случаях, когда здоровьем и жизнью человека лучше не рисковать - например, при разминировании, ликвидации источников радиационного облучения, спасении подводных аппаратов, в сложных операциях с искусственными спутниками в космическом пространстве.
Делаются попытки применить их в быту. Уже поступили в продажу роботы - домашние пылесосы, которые убирают квартиру без помощи человека. Они способны объезжать препятствия, например мебель, и самостоятельно подсоединяться к розеткам электрической сети для подзарядки аккумуляторов. Созданы роботы-санитары, способные обслуживать тяжелых больных. Роботы уже способны не только ходить и танцевать, но даже играть в футбол. Уже проводятся чемпионаты мира по футболу среди роботов.
Промышленные роботы могут входить в состав роботизированного технологического комплекса - гибкой производственной системы (модуля), в которой автоматически действующие машины (в том числе промышленные роботы), устройства, приспособления реализуют всю технологию производства, за исключением функций управления и контроля, осуществляемых человеком. Роботизированный технологический комплекс включают в состав гибкого автоматизированного производства как законченный технологический модуль.
Применение роботов в промышленном производстве позволяет резко повысить производительность, точность, а главное, качество изделий. Примером может служить использование роботов в процессах сварки и покраски, которое значительно улучшает качество по сравнению с ручным трудом. Наиболее широкое применение нашли роботы в производстве автомобилей, где они используются не только для сварки и покраски, но и для автоматической сборки узлов, агрегатов и даже целых автомобилей. На долю немногочисленного штата наладчиков и контролеров остается только подготовка и последующий контроль производства. Так, известная фирма Fanuc создала производственную линию с автоматической сменой инструментов, на которой роботы обслуживают 12 металлообрабатывающих станков и обрабатывающих центров с цифровым программным управлением. Такая линия может работать непрерывно круглые сутки с остановками только для подачи новых материалов и деталей для последующей обработки. Поскольку в цехе в процессе производства не присутствуют рабочие, прои
зводственное освещение не требуется. За процессом наблюдает лишь небольшой штат контролеров, оснащенных средствами промышленного телевидения и сигнализации.
Автоматизированные линии и целые заводы - уже не редкость. При наличии отработанной технологии и гарантированного качества используемых комплектующих изделий человека вполне может заменить автомат. Постоянно работающие заводы способны производить сборку из готовых деталей не только автомобилей, но и электронных изделий, бытовой техники и вообще любой продукции, состоящей из стандартизованных комплектующих.
Один из пионеров автомобилестроения Генри Форд в начале ХХ века пришел к выводу, что самым слабым звеном в производстве автомобилей является человек. Ему требовалось все больше рабочих, которые работали бы все быстрее, и лучшим средством достижения этого стал введенный в 1913 году впервые в мире метод поточной (конвейерной) технологии сборки автомобилей, что позволило всего за один год поднять производительность труда на 40-60%, а также достигнуть при этом стандартизации и взаимозаменяемости деталей. Причем зарплата персонала вдвое превысила среднюю по промышленности (5 долларов в час против 2,34 долларов в час), рабочий день сократился до 8 часов. Но эти нововведения вызвали и яростное противодействие: посыпались обвинения в бесчеловечности, безжалостной эксплуатации. Вслед за Г. Фордом конвейерный метод сборки был применен и в других отраслях промышленности.
Чарли Чаплин в своем известном кинофильме "Новые времена" рассказал о том, как пагубно влияет монотонный и изнурительный труд на здоровье и психику рабочего - сборщика такого сборочного конвейера. Герой фильма Чарли должен производить в бешеном темпе одну и ту же рабочую операцию - закручивать гайку гаечным ключом. В результате он сходит с ума и ему гайками начинают казаться любые выпуклости - пуговицы на платье и даже носы окружающих людей, которые он начинает закручивать своим гаечным ключом.
Применение промышленных роботов вместо рабочих-сборщиков в автоматизированных сборочных линиях позволило исключить человека из этой производственной цепочки.
Во всем мире в 2004 году установлено более 95000 новых промышленных роботов. Инициаторами развития робототехники являются электротехническая, электронная и автомобильная промышленность. К 2005 году во всем мире установлено 848000 промышленных роботов, из них в Азии - 443 000, в Америке -125 000, в Европе - 279 000. По прогнозам, в 2008 году число роботов в мире превысит 1 миллион!
Со временем все больше привычных профессий человека перейдет к компьютерам и роботам - так надежнее и дешевле. И с этим человечеству придется смириться. Так, практически исчезли профессии чертежниц и копировщиц. Такая же судьба ждет и многие другие профессии (например, в службе сервиса), состоящие в монотонном повторении однообразных операций. И это приведет к уменьшению занятости, усилению безработицы. На долю человека останется только творческий труд. Но ведь далеко не все люди на это способны. Да и численность народонаселения растет в мире бешеными темпами, причем в основном за счет слабо развитых стран Азии и Африки. Так что технические достижения вызовут и новые тяжелые проблемы, которые еще предстоит решать бурно растущему человечеству.
По прогнозам ученых, в этом веке появятся роботы, которые смогут соперничать по своим способностям с человеком. Пока интеллектуальные возможности современных персональных компьютеров - на уровне паука, но через 20 лет они сравняются с млекопитающими, а через 40 лет - с человеком. Они будут способны производить себе подобных и самостоятельно развиваться.
Пессимистически настроенные ученые боятся, что человек потеряет контроль над этими искусственными "существами", т.е. не сможет в случае угрозы отключать их от питания. В результате появится новая "раса" интеллектуальных роботов и завершится биологический этап эволюции.
Так, Кевин Уорвик в своей книге "Наступление машин" предполагает, что через 50 лет человечество окажется в "рабстве" у интеллектуальных роботов. Они будут использовать людей для своих потребностей, подобно тому как сами люди используют животных, например, разводят коров для получения мяса и молока, а потом убивают.
Разработку и производство все более сложных роботов невозможно остановить. Однако ученые-оптимисты надеются на возможность контролировать этот процесс и наделять интеллектуальных роботов понятиями о морали и правилах поведения в человеческом обществе.
А самые смелые футурологи надеются, что с использованием биологических технологий интеллект человека сольется с искусственным и начнет отказываться от своего тела, подверженного болезням и старению. Знаменитый английский физик Стивен Хокинг призывает генетически усовершенствовать человека, иначе в будущем машины превзойдут людей. В 2001 году он заявил, что если люди и в будущем желают оставаться конкурентоспособными в сравнении с созданными ими же машинами, без генной инженерии не обойтись.
"В отличие от нашего интеллекта, производительность компьютеров удваивается каждые 18 месяцев, - сказал Хокинг, сославшись на закон Мура. - Опасность, что у них возникнет интеллект, и они покорят мир, вполне реальна". По мнению ученого, есть только два выхода. Человечеству придется либо подумать об искусственном усовершенствовании своих генов, либо попытаться найти способ объединить компьютеры и человеческий мозг. "Нам придется пойти этим путем, если мы хотим, чтобы биологические организмы по-прежнему превосходили электронные".
Известный футуролог Джеймс Мартин предсказывает появление искусственного интеллекта, который, однако, не окажется копией человеческого. "У нас будут машины, которые в миллиарды раз умнее нас, но только в очень узких и специальных областях", - пишет он. За несколько десятилетий ученые не сильно приблизились к созданию искусственного интеллекта, так как шли по неверному пути. Мартин считает, что нам не нужно пытаться повторить человека, следует пользоваться особенностями, характерными именно для компьютеров. "Между людьми и машинами будет тесное синергетическое партнерство, в котором компьютеры будут делать то, что лучше умеют именно они, а люди - то, что они", - считает он.
В 1920 году чешский писатель Карел Чапек опубликовал пьесу R.U.R. (Rossum's Universal Robots) - одно из самых значительных литературно-философских произведений XX века. Само слово "робот" - искусственный рабочий - подсказал автору его брат, художник Иозеф Чапек. Пьеса была написана задолго до того, как учеными и инженерами были разработаны первые промышленные роботы - это произошло лишь в 60-х годах XX века. Таким образом, Карел Чапек предугадал появление современных роботов.
В прологе пьесы рассказывается о том, чем робот отличается от живого человека:
"... человек - это существо, которое, скажем, ощущает радость, играет на скрипке, любит погулять и вообще испытывает потребность совершать массу вещей, которые... которые, собственно говоря, излишни... если ему надо, допустим, ткать или производить счетные работы. Дизельный мотор не украшают побрякушками... А производство искусственных рабочих - то же самое, что производство дизельмоторов. Оно должно быть максимально простым, а продукт его - практически наилучшим. Как вы думаете, какой рабочий практически лучше? - Какой лучше? Наверное, тот, который... ну, который... Если он честный и преданный... - Нет - тот, который дешевле. Тот, у которого минимум потребностей, Молодой Россум изобрел рабочего с минимальными потребностями. Ему надо было упростить его. Он выкинул все, что не служит непосредственно целям работы. Тем самым он выкинул человека и создал робота. Роботы - не люди. ...Механически они совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души... Продукт инженерной мысли технически гораздо совершеннее продукта природы!"
Далее по ходу пьесы роботы объединяются, свергают власть создавших их людей и убивают их всех, кроме одного. И этот один оставшийся в живых человек наблюдает у роботов проявление любви к жизни, любви робота-юноши и робота-девушки. В финале пьесы он восклицает:
"... Россум, Фабри, Галль, великие изобретатели - что изобрели вы более великого, чем эта девушка, этот юноша, эта первая пара, открывшая любовь, плач, улыбку любви - любви между мужчиной и женщиной? О, природа, природа, жизнь не погибнет! Она возродится вновь от любви, возродится..."
Не правда ли, мысли современных ученых-оптимистов так созвучны мыслям гениального Карела Чапека, высказавшего их 80 лет назад, задолго до появления первых роботов?
Рис. 10.20. Карел Чапек и Айзек Азимов (справа)
Другой замечательный писатель - Айзек Азимов - в своем сборнике научно-фантастических рассказов "Я - робот" сформулировал три закона, действию которых должны подчиняться роботы, чтобы они не могли нанести вред человеку.
"Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинен вред.
Робот должен повиноваться командам человека, если эти команды не противоречат Первому Закону.
Робот должен заботиться о своей безопасности, поскольку это не противоречит Первому и Второму Законам".
Спустя полвека после начала исследований в области искусственного интеллекта успехи микроэлектроники позволили построить компактные искусственные нейронные сети (ИНС) в виде миниатюрных "чипов". Такая сеть составлена из функциональных аналогов нейронов человеческого мозга. Именно о них мечтали Маккалолох и Питтс. Решающее отличие нейрокомпьютерной системы от обычного компьютера - в ее способности к самоорганизации и самообучаемости. Эта способность позволяет ИНС гораздо эффективнее, чем обычные компьютеры, решать сложные интеллектуальные задачи.
В нейрокомпьютерах информация кодируется и запоминается не в отдельных ячейках памяти, а, подобно мозгу, в связях между нейронами. При этом в соответствии с распределением и силой этих связей состояние каждого нейрона зависит от состояния многих других нейронов, связанных с ним. Это обеспечивает высокую надежность работы такой системы, так как потеря отдельных связей для нее несущественна.
Нейроподобная сеть представляет собой параллельную сеть простых адаптивных (приспособляемых) элементов. Она взаимодействует с объектами реального мира подобно биологической нервной системе.
Наряду с нейрокомпьютерными чипами начинают применяться построенные в виде чипов системы так называемой "нечеткой логики". Ведь в алгебре логики бывает только два состояния - истинное и ложное (1 и 0). То есть при постановке задач всегда приходится вводить четкие условия. Однако в жизни так бывает далеко не всегда. Часто условия задачи невозможно сформулировать достаточно четко, при этом остается некоторая неопределенность. Это ограничивает области применения ставшей уже традиционной булевой алгебры, в соответствии с которой построены компьютеры (помните архитектуру компьютера Джона фон Неймана?). Для решения широкого круга задач с нечеткой постановкой задач (например в стратегических играх с неполным знанием сил противника) и разработан математический аппарат нечеткой логики. Построенные на его основе чипы нечеткой логики гораздо успешнее справляются с решением интеллектуальных задач с нечеткими начальными условиями.
Рис. 10.21. Лофти Заде
Профессор университета в г. Беркли (США) Лофти Заде (эмигрант из Азербайджана) создал новое направление в математике, в основе которого лежит понятие нечеткого множества. Если для утверждения "число 3 - нечетное число" есть только один ответ - "истинно", а для утверждения "Владивосток - город в Европе" - только один ответ - "ложно", то для понятий "много" или "мало", "большой" или "маленький" такого четкого ответа дать нельзя. Возникают промежуточные варианты ответов: "очень много", "много", "немного", "мало", "очень мало", или: "огромный", "большой" "небольшой", "маленький", "крохотный" и т.д. Л. Заде своей нечеткой математикой приблизился к реальным схемам рассуждений, которыми пользуются на практике. Нечеткая логика по отношению к булевой алгебре, подобно теории относительности А. Эйнштейна по отношению к классической механи ке И. Ньютона, является ее обобщением. Нечеткая логика играет большую роль в теории принятия решений и искусственном интеллекте. В ней в качестве основных элементов вместо чисел 0 и 1 используются лингвистические переменные типа слов: "большой" "маленький", "сильный", "слабый" и т.д.
Существуют и генетические "нейропакеты", в которых реализованы генетические принципы обучения. В мире уже начался нейрокомпьютерный бум. В 1998 году объем продаж таких пакетов превысил 2 млрд долларов. Искусственными нейросистемами в мире занимается около 300 компаний, в основном в области разработки программного обеспечения. Соотношение объемов продаж программного обеспечения и аппаратуры составляет 3:1. Аппаратурное оснащение производят около 20 компаний, а собственно микрочипы разрабатывают единицы. Более 50% рынка - это военные заказы на системы распознавания, автоматического картографирования, прицеливания и наведения. Однако широко развиваются и гражданские приложения, прежде всего там, где требуется обработка больших массивов информации в режиме реального времени. ИНС уже используются в финансово-аналитических, в частности, биржевых системах. Появились они уже и на компьютерном рынке России.
Пока нейрокомпьютерные системы стоят достаточно дорого - от нескольких десятков тысяч до миллионов долларов. Пока они не стали массовым товаром. Однако предвидится в недалеком будущем и массовый спрос на них.
Прежде всего - для совершенствования системы Internet. На проект "Новое поколение Internet" (NGI) на период до 2002 года из федерального бюджета выделено 100 млн долларов. Главные цели этого проекта прямо соответствуют предсказаниям Билла Гейтса, высказанным им в книге "Дорога в будущее". Это создание высокоскоростной магистрали, развитие технологий сетевого сервиса и пользовательских приложений нового поколения. Все они связаны с передачей и обработкой огромных массивов информации. Поэтому при их решении невозможно будет обойтись без нейрокомпьютерных систем.
Уже сегодня в развитых зарубежных странах нейрокомпьютеры и нейроплаты применяются в военном деле, медицине, финансовой и налоговой системах. В таможнях их используют для обнаружения пластиковых бомб и наркотиков, в мире финансов - для предсказания курсов валют, в военной авиации - для распознавания наземных целей, в банковском деле - для оценки кредитных рисков.
Одним из самых плодотворных направлений исследований в области искусственного интеллекта является оптическое распознавание символов, то есть, например, задача научить компьютер читать.
Современные системы оптического распознавания печатных текстов уже способны ввести более ста тысяч документов в сутки. Последним достижением становится распознавание рукописных текстов. Во всех системах машинного распознавания образов используются принципы распознавания, используемые животными и человеком.
Системы оптического распознавания символов служат для перевода графического изображения в текст. Для этого сначала в сканер вводится изображение - своеобразная фотография документа. В результате получается набор черных и белых (или разноцветных) точек. При этом сканеру "все равно", с каким документом он работает - с рисунком, фотографией или текстом. Для целей копирования или посылки факса этого достаточно. Но для перевода отсканированного изображения текстового документа в символьный текст необходима система распознавания, например FineReader. Она переводит этот набор точек в текстовый формат, пригодный для посимвольного редактирования. Ведь каждому символу соответствует свой байт. Работа системы распознавания FineReader состоит из двух этапов. Первый - это анализ графического изображения, полученного сканером. В него входит определение областей распознавания, таблиц, выделение в тексте строк и символов. Второй этап - распознавание каждого символа в отдельности.
Сканирование одной страницы продолжается от 15 до 40 секунд, а распознавание - около 30 секунд, то есть страницу текста можно ввести в компьютер за одну минуту. Система OCR может работать и так: сначала сканируются все листы, а затем проводится распознавание всего текста сразу. Существующие системы распознавания печатных текстов обеспечивают точность распознавания более 99,9%.
В карманных компьютерах и электронных записных книжках широко применяется распознавание раздельных рукописных букв, написанных специальным пером на их экране (touch-screen), Эти распознающие системы обеспечивают достаточно высокую точность, приближающуюся к точности ввода с клавиатуры. Гораздо сложнее задача распознавания написанных от руки слитных букв, слов и целых рукописных текстов. Она еще не решена полностью, потому что при этом компьютер должен еще понимать и смысл текста.
К задачам искусственного интеллекта можно отнести и системы анализа и синтеза речи и музыки.
В целом решение всех этих задач дает возможность пользователю удобнее "общаться" с компьютером - то есть задавать ему вопросы, давать ему задания и получать ответы в форме изображений (письма и картин, таблиц и графиков) и звуков - речи и музыки. Это называется создать "дружественный интерфейс".
Недавно в Великобритании была проведена уникальная хирургическая операция на коленном суставе. Ее провел... миниатюрный робот, руководимый голосовыми командами хирурга, наблюдавшего операцию на телевизионном мониторе. Предполагается проводить подобные операции и на сердце.
Институт звукового перевода г. Киото (Япония) объявил о создании программ, способных распознавать английскую и японскую устную речь. Эти же программы обеспечивают ее автоматический перевод в темпе обычной беседы. Для обслуживания этих программ требуются компьютеры огромной мощности и быстродействия, которые уже есть в развитых странах. Если подключить к такому компьютеру мобильный телефон, то говорящий по-японски человек сможет вести диалог с партнером, говорящим по-английски. Такой диалог возможен и за столом переговоров, и на расстоянии.
Разработчики программ утверждают, что они работают на уровне переводчика, сдавшего единый "Тест на знание английского языка для международного общения" (TOEIC). В дальнейшем разработки Института звукового перевода можно будет использовать и для других языков.
Японская компания NEC разработала устройство e-Navi, представляющее собой персональный переводчик. Он позволяет двум людям вести беседу на разных языках. Устройство имеет словарный запас в 50.000 японских и 25.000 английских слов. Оно способно распознавать голос и синтезировать речь. При этом точность перевода близка к 100% и не требуется предварительная запись голоса пользователей. Устройство e-Navi будет опробовано в токийском международном аэропорту "Нарита". В нем скоро появится специальная служба аренды устройств e-Navi. Этот аэропорт должен стать самым высокотехнологичным аэропортом в мире.
Таким образом, удалось решить одну из сложнейших задач искусственного интеллекта - распознавание устной слитной речи, - задачу, значительно более сложную, чем распознавание отдельно произносимых слов с паузами между ними. Причем это, вместе с переводом, сделано в реальном масштабе времени: не нужны паузы для перевода, так знакомые в международных переговорах.
Достижение японских языковедов и программистов - шаг вперед в преодолении языкового барьера между народами.
<
