Штучний інтелект: погляд у майбутнє

Програміст розробляє ІС (якщо ІС розробляється заново), що містить в межі всі основні компоненти ЕС, і здійснює його сполучення з тим середовищем, в якому воно буде використано.

Експертна система працює в двох режимах: режимі придбання знань і в режимі рішення задачі (званому також режимом консультації або режимом використання ЕС).

У режимі придбання знань спілкування з ЕС здійснює (через посередництво інженера по знаннях) експерт. У цьому режимі експерт, використовуючи компонент придбання знань, наповнює систему знаннями, які дозволяють ЕС в режимі рішення самостійно (без експерта) вирішувати завдання з проблемної області. Експерт описує проблемну область у вигляді сукупності даних і правил. Дані визначають об'єкти, їх характеристики і значення, що існують в області експертизи. Правила визначають способи маніпулювання з даними, характерні для розглянутої області.

Відзначимо, що режиму придбання знань у традиційному підході до розробки програм відповідають етапи алгоритмізації, програмування і налагодження, виконувані програмістом. Таким чином, на відміну від традиційного підходу у випадку ЕС розробку програм здійснює не програміст, а експерт (за допомогою ЕС), який не володіє програмуванням.

У режимі консультації спілкування з ЕС здійснює кінцевий користувач, якого цікавить результат і (або) спосіб його одержання. Необхідно відзначити, що залежно від призначення ЕС користувач може не бути фахівцем у цій проблемної області (у цьому випадку він звертається до ЕС за результатом, не вміючи отримати його сам), або бути фахівцем (у цьому випадку користувач може сам отримати результат, але він звертається до ЕС з метою або прискорити процес отримання результату, або покласти на ЕС рутинну роботу). У режимі консультації дані про завдання користувача після обробки їх діалоговим компонентом надходять в робочу пам'ять. Виконавець на основі вхідних даних з робочої пам'яті, загальних даних про проблемні області і правил з БЗ формує рішення задачі. ЕС при вирішенні завдання не тільки виконує приписану послідовність операції, а й попередньо формує її. Якщо реакція системи не зрозуміла користувачеві, то він може зажадати пояснення. 
1.3 Історія розвитку робототехніки

Робототехніка - наука про процес розробки автоматизованих технічних систем на базі електроніки, механіки та програмування. Роботобудування розвинена галузь промисловості: кілька тисяч роботів працюють на різних підприємствах, робототехнічні маніпулятори перетворилися на невід'ємну частину підводних дослідницьких апаратів, вивчення космічного простору вже не обходитися без використання роботів з високим рівнем інтелекту.

Перше креслення людиноподібного робота було зроблене Леонардо да Вінчі близько 1495 року. Записи Леонардо, знайдені в 1950-х, містили детальні креслення механічного лицаря, здатного сидіти, розсовувати руки, рухати головою і відкривати забрало. Невідомо, чи намагався Леонардо побудувати робота.

Першого працюючого робота андроїда, що грає на флейті, створив в 1738 році французький механік і винахідник Жак де Вокансон. Він також виготовив механічних качок, які, як кажуть, вміли клювати корм і випорожнюватися.

Великим досягненням у справі будівництва машин і механізмів стало відкриття основних законів динаміки. Ще в 1743 році Жан Лерон Д. Аламбер сформулював принцип, що дозволив поширити на динаміку ідею рівноваги сил, з успіхом використовується в статиці. Щоб привести систему в статичну рівновагу (припустимо, встановити пляшку на горлечко так, щоб вона не падала), необхідно знайти правильні положення всіх об'єктів. Для динамічної рівноваги (коли деякі частини системи можуть, наприклад, крутитися, створюючи рух) потрібно знайти вже не просто 2-3 положення або швидкості, а відразу цілу функцію всіх положень від часу.

А в 1829 році Карл Фрідріх Гаус запропонував ще один принцип механіки, більш загальний і зручний у використанні, який він назвав принципом найменшого примусу.

Принцип, зазначений Гауссом, дозволяє нам відрізнити дійсні рухи системи від усіх інших рухів, можливих в певній ситуації. У словесному викладі він звучить приблизно так:

«Рух системи пов'язаних точок насправді відбувається в напрямку найменшого примусу, тобто якнайменше відхиляючись від вільного руху, як якщо б не існувало накладених зв'язків ».

Маніпулятор Уілларда Л.В. Полларда від 1938 року помилково приймається за перший в історії керований маніпулятор Уілларда Л.Г. Полларда від 1934 року (патент США № 2286571, 1942)

У 1938 році американець Уіллар Л.В. Поллард (Willard LV Pollard) дійсно винаходить керований маніпулятор. І не просто, а паралельний маніпулятор. Три проксимальних лінії:

• для автоматичного зварювання і фарбування кузовів;

• автоматична лінія з сортування яблук по стиглості

• науково-дослідні проекти для космосу і пошуку нових рішень.

Таким чином, це дещо відрізняється від поколінь ЕОМ, оскільки ЕОМ різного покоління відрізняються елементної базою, а роботи - можливостями. Сам термін промисловий робот вперше з'явився на сторінках американського журналу «American metal & market » в 1960 році.

Датою народження першого по-справжньому серйозного робота, про який почув увесь світ, можна вважати 18 травня 1966. У цей день Григорій Миколайович Бабакін, головний конструктор машинобудівного заводу імені С.А. Лавочкіна в підмосковних Хімках підписав головний том аванпроекту E8. Це був «Луноход - 1», місяцехід 8ЕЛ в складі автоматичної станції E8 № 203, перший в історії апарат, успішно підкорив місячну поверхню 17 листопада 1970.

Загальна маса першого місяцеходу становила 756 кг, його довжина з відкритою кришкою сонячної батареї 4,42 метра, ширина 2,15 метра, висота 1,92 метра. Він був розрахований на 3 місяці роботи на поверхні Місяця.

Насправді ж «Луноход - 1» пропрацював в три рази довше, проїхав 10 540 м і передав на Землю 211 місячних панорам і 25 тисяч фотографій. Це була справжня перемога! Правда, перша людина на Місяці виявився все-таки трохи раніше 20 липня 1969.

Три закони робототехніки за Азімовим:

1. Робот не може заподіяти  шкоду людині, або своєю бездіяльністю  допустити, щоб людині було завдано  шкоди.

2. Робот підкоряється  наказам людини, якщо це не  суперечить 1-му закону.

3. Робот піклується про  власну безпеку, якщо це не  суперечить 1 і 2 законам.

Азімов в своїх творах переконливо показує, що ці закони, будучи закладені в програму-мозок робота у вигляді обов'язкових (безумовно виконуваних роботом) законів виключають можливість прояву будь-яких недружніх дій робота по відношенню до людини. Наводяться також приклади негативних наслідків, що виникають у випадку, коли люди нехтуючи вимогам обов'язковості трьох законів, блокують на етапі програмування робота один із законів (наприклад, другу частину першого закону). У цьому випадку робот може знайти логічно не суперечливе рішення, що дозволяє йому порушити 1-й закон і стати небезпечним для людини.

У 1981 році Кензі Урада, робітник заводу Kawasaki став першою офіційною жертвою, загиблої від руки робота. З цього часу число жертв роботів зростає, незважаючи на впровадження вдосконалених механізмів безпеки.

2. Звичайно ж неможливо заперечувати і користь, яку приносять роботи. Зараз у світі вже існують роботи хірурги, кухарі, няньки, прибиральники тощо Так само є роботи пилососи і просто кумедні іграшки начебто робопса. Також промислові роботи, які не тільки дуже якісно виконують поставлене завдання, а й виконують її з немислимою для людини швидкістю. 
   Перспективи розвитку робототехніки

2.1 Сучасний стан роботизації

Науково-технічний розвиток України в останні десятиліття характеризується:

• відсутністю обґрунтованого довгострокового прогнозування і планування,

• відсутністю прив'язки до геополітичних цілям країни.

 Сама по собі робототехніка (robotics) є міждисциплінарною наукою, яка об'єднує такі напрямки:

• побутова (домашня) робототехніка (home robotics), мета створення домашніх роботів. Обсяг ринку в 2010 р. склав близько 25 млрд. дол;
• медична робототехніка (medical robotics), мета створення медичних роботів. Оптимісти вважають, що до 2020-2025 рр.. більшу частину проведених медичних операцій виконуватимуть роботи. Їх впровадження дозволить, зокрема, вирішити проблему розповсюдження вірусів та інфекцій самими лікарями і оберігання медпрацівників від зараження;
• персональна робототехніка (personal robotics), мета розробки персональних роботів невеликих, недорогих, простих і зручних у використанні. Це може бути, наприклад, спеціальний вібро-тактильний костюм, за допомогою якого можна навчити людину будь-яким руховим навичкам або прискорити одужання пацієнтів, які проходять реабілітацію після різних неврологічних травм, або універсальний особистий слуга-гуманоїд (humanoid robot, personal robot).
• планетарна робототехніка (planet exploration robotics), мета проектування роботів для дослідження планет;
• військова робототехніка (military robotics), займається створенням наступних видів:
• БПЛА безпілотний літальний апарат (UAV, Unmanned Aerial Vehicle). Серед військових БПЛА можуть бути виділені: тактичні (tactical unmanned aerial vehicle, TUAV), малі (small unmanned aircraft system, SUAS), малі тактичні (small tactical unmanned aircraft system, STUAS) і надмалі (MAV);
• НМР наземний мобільний робот (Unmanned Ground Vehicle, UGV) автоматично кероване (роботизований) наземний транспортний засіб; серед військових НМР розрізняють: тактичні (tactical unmanned ground vehicle, TUGV) і малі (small unmanned ground vehicle, SUGV), а також роботизовані транспортні засоби для евакуації поранених (robotic evacuation vehicle, REV);
• морські роботи (unmanned maritime system, UMS) автоматично керований (роботизовані) морський транспортний засіб; роботи цього класу (в основному військового призначення) поділяються на надводні та підводні (UUV).
• телеробототехніка (telerobotics), мета створення телероботів (роботів, дистанційно керованих телеоператором). Роботи для МНС, МО тощо;
• промислова робототехніка (industry robotics), мета розробка промислових роботів (industrial robot), число видів яких перевищує три десятки. Лідером тут є Японія вона володіє парком, що налічує більше 350 тис. індустріальних роботів. Всього в світі в 2011 р. нараховується 1,1 млн. індустріальних роботів і близько 17 млн. роботів інших видів;
• еволюційна робототехніка (evolutionary robotics), мета вивчення методів еволюційних обчислень (evolutionary computation) для розробки штучних нервових систем роботів;
• польова робототехніка (field robotics), мета дослідження і створення автономних рухомих роботів для виконання тих чи інших робіт в природних, іноді (часто) екстремальних, умовах;
• біометрична робототехніка (biometric robotics), мета дослідження та створення роботів з біометричними можливостями, наприклад з реакцією на дотики;
• біологічна робототехніка (biological robotics), мета дослідження та проектування біологічних роботів (біороботів, або біоботів); повністю біологічні роботи не мають у своїй основі кремнієвих компонентів, являють собою штучний інтелект на базі органічної субстанції, здатні рости за рахунок появи нових мікроорганізмів, що розмножуються під впливом світла, тепла і поживних речовин, можуть вирішувати деякі обчислювальні та логічні задачі. У перспективі можливе створення більш складних біороботів, здатних самоорганізовуватися, працювати у військовій, виробничої та медичній сферах;
• мікроробототехніка (microrobotics), мета розробка надмініатюрних робототехнічних пристроїв;
• наноробототехніка (nanorobotics), мета створення нанороботів пристроїв розміром в одиниці і десятки нанометрів, які зможуть самостійно маніпулювати окремими атомами речовини. Наноробототехніка входить в nanoscience науку про наносвіт, нанонауки;
• нейроробототехніка (neurobotics), міждисциплінарний напрямок на стику штучного інтелекту, біомеханіки, неврології, робототехніки, біо-і психофізики, мета дослідження проблем зв'язку між центральною нервовою системою та м'язової активністю людини, розробка біонічних інтерфейсів, створення штучних частин тіла (протезів), вживлення їх в організм замість втрачених та управління ними, створення допоміжних пристроїв (наприклад, екзоскелетів, external skeleton) для реабілітації після травм і розширення фізичних можливостей людини.

На думку засновника корпорації Microsoft Білла Гейтса, в найближчому майбутньому робототехніку очікують революційні зміни, порівнянні з проривом в обчислювальній техніці, подією більше 30 років тому. Microsoft зараз також активно працює в цьому напрямку.

З робототехнікою пов'язано не менше сотні інших науково-технічних напрямів, в першу чергу штучний інтелект (ШІ), на базі якого робиться система керування роботами. У ШІ також входить півтора десятка наукових напрямків, в тому числі машинне зір.

Хоча торік робототехніка і включена до списку національних технологічних платформ, але її роль як мегапроекту в модернізації економіки країни явно недооцінена.

Важливо відзначити, що за західними оцінками саме робототехніка в найближчі роки буде основним споживачем продукції напівпровідникової промисловості, ніж свого часу були персональні комп'ютери. Крім того, розвиток цієї галузі має можливість підтягнути виробництво точної механіки і механотроніки, датчиків та ін

Роботи в галузі військової робототехніки в Україні ведуться, окремі результати відповідають світовому рівню, проте в цілому поточний рівень робіт недостатній, особливо в галузі військових роботів, що в період проходить в світі зміни покоління озброєнь викликає велику стурбованість.

Без переходу на використання робототехніки Україна залишиться заручником, що погіршує демографічну ситуацію і не зможе істотно підняти продуктивність праці та якість продукції в промисловості. Розвиток домашніх, соціальних і медичних роботів дозволить вирішити проблеми обслуговування літніх людей. Тут видно велика соціальна складова даного напрямку.

Нарешті, що може бути найважливіше, робототехніка величезний, стрімко зростаючий глобальний ринок, на якому Україна практично не представлена. За деякими оцінками, обсяг світового ринку робототехніки зараз становить 9,4 млрд. дол, проте до 2018 р. аналітики прогнозують зростання до 85 млрд. дол в чому такі цифри будуть обумовлені збільшенням сектора роботів для сфери обслуговування, які перевершать виробничий сектор. При правильній адміністративної підтримки даного напрямку є всі можливості для того, щоб обсяг ринку робототехніки в Україні до 2020 р., як мінімум, перевищив 10 млрд. дол.

Враховуючи все вищесказане можна сказати, що необхідно:

• виділити робототехніку в один з ключових напрямків модернізації економіки України;
• створити в рамках Комісії з модернізації Робочу групу з робототехніки;
• відкрити при Президентові України Інститут стратегічного планування науково-технічного розвитку України.

2.2 Основні  завдання та напрямки робототехніки

У деяких випадках, коли середовище несприятливе для людини, застосування робота було б найбільш доцільним. Роботам, наприклад, не потрібно споживати кисень з навколишнього повітря. Отже, їх можна застосовувати під водою, в безповітряному просторі або в атмосфері, насиченій отруйними речовинами.

Рухливі робототехнічні пристрої активно проектуються і використовуються для вивчення Місяця і планет, а нерухомі, типу «Сервейора», вже застосовуються на Місяці. Коли прийде час вивчення Юпітера, жодна людина не зможе там існувати, а робот, по всій ймовірності, зможе.

Потреба в таких пристроях виникає і значно ближче до нас, наприклад при обстеженні та ремонті каналізаційних систем. Існує безліч середовищ із занадто високими для людського організму температурами. В даний час ведуться активні роботи з проектування робота-пожежного, який би не тільки виявляв, а й гасив пожежі. Зараз ще багато людей страждають від захворювань, викликаних роботою в таких умовах, де температура навколишнього середовища або занадто низька, або занадто висока, або середовище занадто забруднена або небезпечна для людського організму. Навіть з точки зору простий гуманності тут терміново потрібно впровадження роботів.

Взяти, наприклад, вугільні шахти: сучасна тенденція до підвищеної механізації майже напевно призведе, зрештою, до появи робота-шахтаря. Прикладом застосовуваного в шахтах робототехнічного пристрою є автоматичний забійник, який підтримує певну товщину вугільного пласта на зводі, щоб вберегти породу від обвалів. Для контролю товщини використовується радіоактивний датчик, що складається з йодисто-цезієвого випромінювача і приймача на фотопримножувачі, так що товщину невидимого вугільного шару можна підтримувати постійною. Підрахували, що щорічно цей пристрій, що стоїть 8000 фунтів стерлінгів, видобуває вугілля на суму 130 000 фунтів стерлінгів. Успішне використання таких підконтрольних роботів веде до створення більш прогресивних пристроїв типу двостороннього «Нікодемус».

Використання найпростіших електронних промислових пристроїв дозволяє звільнити людину від роботи в настільки забрудненій атмосфері, що для людського організму вона ледь переносима. Незабаром людині більше не потрібно буде обпалювати ступні, розвантажуючи піч для випалювання цегли, не буде потрібно також натягувати на себе блискучу жаровідбиваючу одежу, щоб наблизитися до доменної печі і випустити з неї розплавлений метал.

Проектування кінцівок робота: рук і кистей в значній мірі стимулюється потребою в таких пристосуваннях в тих галузях, де доводиться мати справу з радіоактивними та вибуховими речовинами. Іноді по відношенню до цих пристроїв застосовують термін «телехірік». Він запозичений з грецької і означає «віддалена рука».