роботы
робототехника
микроконтроллеры
Главная
Новости
Спорт
Шаг за шагом
Статьи
Wiki
Форум
Downloads
Ссылки
Контакты
 

Обзор подходов к созданию роботов с элементами самосознания
Корнеллский робот. Робот университета Мейдзи. Эволюционное моделирование самосознания.

BEAM-РОБОТЫ
Создание BEAM-роботов - это не просто технологический процесс или увлекательное хобби. BEAM - это целая культура, со своей философией и эстетикой.  

Робот "Омнибот" на базе встраиваемого компьютера стандарта PC/104
Робот-теннисист разработан командой механико-математического факультета МГУ.  
BEAM

BEAM-РОБОТЫ: ИНТЕРВЬЮ МАРКА ТИЛДЕНА



Марк Тилден (Mark W. Tilden)

Данное интервью Марка Тилдена
(Mark W. Tilden) - технического гуру и автора BEAM-парадигмы в современной робототехнике - было дано Кевину Волкеру (Kevin Walker, Exhibit Research) и является своего рода программным манифестом BEAM-роботостроения.
Работая на математическом факультете в университете Ватерлоо (University of Waterloo), а затем в физическом подразделении Национальной лаборатории Лос-Аламоса (The Physics Division of the Los Alamos National Lab), Марк Тилден сформировал концепцию, которая сейчас называется BEAM-технологией.

В Лос-Аламосе Тилден занимался разработкой и созданием автономных автоматизированных робототехнических устройств - от крошечных насекомоподобных жучков до серьезных ходящих двуногих роботов. В данных устройствах не использовались компьютерные технологии - только минимум электроники, и они были основаны на биологических принципах. Эти роботы были разработаны с расчетом, что смогут длительное время поддерживать свою жизнеспособность без человеческой помощи в экстремальных условиях, например на минных полях или в космосе.

Марк Тилден является автором наиболее популярного в мире робота - RoboSapien, так же как и его предшественника - биожука B.I.O. Bug.

Интервью состоялось на выставке BEAM-роботов в Музее науки Лос-Аламоса (the Bradbury Science Museum in Los Alamos, New Mexico). Перевод myROBOT.ru. Текст источника подвергнут незначительным сокращениям. На русском языке публикуется впервые.



Я всесторонне изучаю автоматический разум для того, чтобы найти альтернативный путь создания движущихся объектов, работающих совсем иначе, чем те, что действуют на основе алгоритмических принципов. Таким образом, никакого программирования, никаких компьютеров.

Мы начали несколько лет назад с предположения о том, что лучше создать робота на основе простейших схем, действующего самостоятельно, и постепенно дойти до робота, способного взаимодействовать с нами на нашем собственном уровне, но на основе все тех же конструктивных принципов; чем создать некий вид сложного разумного интерактивного гуманоидного устройства, которое в любой момент может выйти из строя, поскольку, всякий раз когда мы слишком усложняем конструкцию какой-либо вещи, мы фактически проигрываем где-либо в другом месте...

Простейший BEAM-робот класса solaroller.
Простейший BEAM-робот класса solaroller, накапливающий в конденсаторе энергию от небольшой солнечной батареи.
Механизмы, которые мы начали создавать, были модульными и очень простыми. В их основе лежали блоки цепей из нескольких нейронов. Мы анализировали различные модели поведения, которые могли получить с их помощью.

Интересно, что, когда мы взяли эти нейронные заготовки и поставили их на ноги, как у маленьких ходящих существ, они начали двигаться... Вы можете видеть, по какой траектории он прошел, рассмотрев следы, оставленные им на песке (Тилден указывает на одного из роботов класса walker - прим. myROBOT.ru).

После того как мы сделаем какое-либо устройство, мы оставляем его включенным на неопределенный период времени, что является достаточно типичным в нашей работе, а именно до тех пор, пока не сядут батареи или пока оно не получит катастрофический ущерб. Обычно эти маленькие создания помещаются в контейнер на период от 6 до 8 месяцев...

Мы начали с маленьких простейших амебоподобных устройств, прокладывая наш путь через различные типы простых катящихся роботов и постепенно переходя к более сложным ходячим механизмам, способным видеть друг друга.

Вот перед вами один из самых маленьких в мире автономных ходящих роботов (Тилден указывает на робота класса walker - прим. myROBOT.ru), но один из моих помощников, к несчастью, уронил его, и теперь он никогда не заработает.

А это один из наших последних прототипов спутниковых механизмов - устройство, которое, когда его включают, заряжается при помощи солнечных батарей и затем начинает отслеживать яркие объекты в своем непосредственном окружении...

Шестигранная плата BEAM-контроллера.
Шестигранная плата BEAM-контроллера - представитель поколения гексагональных устройств.
Вот еще одна крутая вещь. Эти золотые платы являются по существу экспериментальными прототипами, которые позволяли нам изучать различные формы симметричных управляющих структур. Это наиболее старое из всех собранных вручную устройств - BEAM-робот первого поколения, но он все еще действует.

Здесь вы можете видеть ряд BEAM-роботов - от самых элементарных, сделанных вручную, как вот этот - мой домашний робот-уборщик, который проработал 7 лет, пока совсем не износился. До вот такого побольше - это один из прототипов для нашего проекта по разработке роботов-саперов. Цель его создания - посмотреть, смогут ли подобные BEAM-роботы находить мины, спасая тем самым жизни людей.

Еще одна вещь, которой мы добились, используя нашу технологию, - это не только множество вариантов роботов, которых мы смогли создать, но и скорость, с которой мы это сделали. Обычно на создание робота уходит около 18 месяцев работы над конструкцией и ее программированием, мы же способны сократить время создания робота с такими же характеристиками менее чем до 20 часов работы, и 40 часов нам надо для создания инновационного образца. Вследствие этого мы создали уже более 500 вариантов роботов и вынуждены были практически забить ими музеи по всей стране, поскольку они уже просто валились с полок в нашей лаборатории.

Все современные электронные устройства созданы на основе того, что мы называем "Манхеттенской логикой" ("Manhattan logic"). Например, если рассмотреть историю создания вычислительной техники, то все устройства данного типа основаны на Манхеттенской архитектуре. Если вы посмотрите на Манхеттен с высоты птичьего полета, то вы поймете, что все его улицы перпендикулярны друг другу, образуя четырехугольники (то есть расположены под углом 90 градусов), так же как и электронные схемы.

Photovore Марка Тилдена.
Photovore Марка Тилдена с треугольной электронной платой.
Но если мы обратимся к биологии, то увидим не прямоугольные, а гексагональные структуры, то есть шестиугольные и треугольные. Это закон трех. И вот что интересно, когда мы начали создавать и анализировать наших роботов, то поняли, что именно такие структуры обладают наилучшими характеристиками.

Сравним работу машины с работой человека. Представим, что мы создаем рабочую группу из трех человек (именно из трех, а не из двух). Работая в группах по три человека, вы получаете совсем иной способ решения проблемы, чем если бы вы делали это самостоятельно или вдвоем. Почему это происходит? Если вас двое и вы советуетесь друг с другом, то с вами могут соглашаться или не соглашаться. Следовательно, либо вы сходитесь во мнениях, либо нет. Если нет, то решение не будет найдено. Но если вас трое, то путем голосования на основе большинства вы легко примите решение. То же происходит и с работой автоматизированных устройств.


Вот классический тому пример. Перед вами единственный метровый BEAM-робот, созданный для военных целей и прошедший все тесты на испытательном полигоне. Идея состояла в том, чтобы использовать магнитные детекторы для того, чтобы робот был способен пройти свой путь. Он не должен был наступать на мины, отводя свои ноги в сторону. Это была оригинальная интенция. Мы провели определенные тесты и убедились, что конструкция работает очень хорошо. Но, к сожалению, солдатам не понравилось, что какая-то машина может выполнять их работу... Мы надеемся воссоздать эту идею в будущем, когда мы чаще будем создавать машины для спасения человеческих жизней, а не для того, чтобы забирать их.

Это - очень важная вещь, поскольку сегодня существует фантастический страх перед роботами. Я считаю, что роботы должны создаваться для спасения жизней и восстановления городов. Таким образом, вы можете видеть дихотомию между двумя направлениями в создании роботов, над которыми мы работаем.

Обладают ли ваши роботы каким-либо видом креативности?

Книга Дейва Хринкива и Марка Тилдена "Вздорные роботы, роботы-жуки и роботы на колесах. Создание простых роботов по BEAM технологии".
Пока мы этого не наблюдаем. Но в наших роботах, которых мы назвали "королевы", используются нейросетевые контроллеры, что позволяет нам фактически создавать обучающихся роботов, способных иметь настроение.

Это действительно завораживает. Например, если вы включаете его и обращаетесь с ним бережно, он это поймет как: "Человек делает хорошо". И он последует за вами. Включайте и выключайте, ударяйте и толкайте его, и он тоже быстро поймет: "Человек делает плохо". И уйдет прочь от вас, в темноту, а если вы будете преследовать его, то он будет убегать. Креативность это или нет?.. Думаю, нет. Это всего лишь реакция выживания, хотя и на довольно высоком уровне.

Мы могли бы создать BEAM-роботов, которые бы демонстрировали какую-то степень креативности, но то, чем мы сейчас по-настоящему увлечены, - это создание роботов на 12 транзисторах - а это даже меньше, чем в хорошем радиоприемнике. "Королева", о которой мы только что говорили, была сделана на основе 24 транзисторов, которых едва-едва хватило бы для того, чтобы собрать радиоприемник. Мы, конечно, в идеале хотели бы создать высокоорганизованного антропоморфного робота с головой и руками. Но я никогда ничего не заявляю до тех пор, пока не имею в реальности того образца, который наглядно доказывал бы мою точку зрения. Я не философ - я экспериментатор. Я создаю, и если это работает, то показываю вам результат, если нет - то я начинаю работу сначала...

Вы создали некие устройства, способные восстанавливать или перестраивать себя.

Да, это правда. Это сделал один из моих студентов. Я думаю, что это очень опасная вещь. И эти роботы имеют кристаллическую организацию. К сожалению, это делает их очень критичными. Если одна часть или приспособление выходят из строя, то гибнет вся система. И я против этого. Наглядный пример - компьютер: выход из строя одного шнура делает его абсолютно нежизнеспособным. Но посмотрите на биологические структуры, которым могут быть нанесены серьезные повреждения. Скажем, если будет потеряна половина мозга... Другая половина возьмет на себя функции утерянной. Такие системы отличаются надежностью, и именно это мы хотим реализовать в будущем, особенно когда мы будем создавать системы не только для нахождения невзорвавшихся мин и бомб, но и для нейтрализации опасных радиоактивных отходов в будущих Чернобылях.

А как вы относитесь к такому жутковатому аспекту проблемы, как создание машинами себеподобных? Например, как в фильме "Терминатор", где машины воюют с людьми?



Каковы законы управления этими созданиями? Это не законы Айзека Азимова,
не правда ли?


BeamAnt
Фотография робота BeamAnt из книги "Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels. Buildin Simple Robots with BEAM Technology".
Нет. Законы Азимова были по существу следующими: защищать людей, повиноваться людям, заботиться о себе. В течение восьмидесятых годов я создал множество роботов, действующих по законам Азимова, но они так боялись сделать что-нибудь способное вызвать раздражение у человека, что только сидели в центре пола и вибрировали. Моя кошка сражалась с ними. Наши правила - базовые правила выживания роботов: подпитывать себя, передвигать себя и искать лучшее положение для себя.

Основная идея в том, что сначала вы сообщаете роботу насущную необходимость выжить, и затем вы обучаете его выполнять поставленные вами задачи. Подобно тому, как вы держали бы морковь перед быком, чтобы заставить его тащить плуг, вы можете держать свет перед роботом, работающим на солнечных батареях, чтобы заставить его вычистить ваши полы. Это простая аналогия, но она очень подходит в данном случае. Нет ничего важнее, чем понимание особенностей робота. Следовательно, мы сначала определяем его возможности и насущные потребности, а затем приспосабливаем их под выполнение конкретной задачи.

В ваших роботах нет никакого центрального управляющего процессора. Как же происходит работа по обработке поступающих данных? Она распределяется между всеми частями робота, не так ли?

Точно так. Это одна из важнейших вещей, которую мы сделали для того, чтобы попытаться рассчитать различные виды образцов и нейронных систем, которые позволили бы учесть особенности распределенной обработки. В прошлом большая проблема с компьютерами состояла в том, что мы называем барьером сложности. То есть для линейного увеличения возможностей робота требовалось соответствующее увеличение сложности и стоимости. Каждый, кто когда-либо пытался купить CD плейер, а затем CD плейер с какими-либо обновлениями, обнаруживал, что его стоимость возрастает от 100 до 1000 долларов, даже если в плейере добавлена только одна кнопка. Это проблема цифровой электроники и, конечно, стандартных цифровых приложений.


Лучший способ почувствовать это - игра в футбол, в теннис или во что-либо подобное. Здесь работает все тело. И это происходит не потому, что головной мозг делает все расчеты и дает все соответствующие команды - все тело участвует в этом процессе.

BEAM-робот из книги Марка Тилдена
Фотография одного из самых повторяемых BEAM-роботов из книги "Junkbots, Bugbots & Bots on Wheels. Buildin Simple Robots with BEAM Technology".
И вот что еще актуально. Помните, что я говорил о мотивации? Что представляет собой такое комплексное распределенное управление? Это когда все составляющие работают слаженно, без конфликтов между системами.

Вот почему обучение чему-либо столь хлопотно для нас. Если, например, я учусь играть в теннис, тренеры будут говорить мне: "Не будь столь напряженным, расслабься". Ваша цель - достижение плавности и уравновешенности, то есть достижение слаженноости в работе всех систем вашего организма: рук, ног, корпуса, позвоночника, балансировочных механизмов, головы - и синхронизация всех этих составляющих для получения наивысшей эффективности в их общей работе.

И еще одна интересная особенность: если бросить взгляд на все, что нас интересует, это всегда те вещи, которые нам приятно делать, - это то, что попадает под наш индивидуальный мотивационный градиент. Так почему же выбран распределенный способ управления? Потому что так вы имеете устройства, которые могут фактически иметь мотивацию встать утром и самостоятельно начать чистить полы в отличие от принудительного алгоритма компьютера.

Расскажите о тех деталях, которые использованы в ваших роботах? Эти части недороги, не правда ли?

Да, мы обнаружили, что кусочки современной технологии дают большую часть из того, в чем мы нуждаемся для создания наших моделей: вот простая нейронная схема, вот двигатель, вот микросхема. Пожалуйста, стройте нечто движущееся. Придайте этому законченный вид, и вы получите замечательные примеры и знания для того, чтобы понять природу распределенного, синхронного, эффективного управления.

перевод myROBOT.ru
26.08.2007


перейти ко второй части интервью -->



myROBOT.ru Это оригинальная статья myROBOT.ru
Постоянный адрес статьи: http://myrobot.ru/articles/beam_tilden_interview.php








Copyright © myrobot.ru, 2005-2013


OpenHosting