Праграмаванне робатаў. Распрацоўка робататэхнікі

Праграміст-распрацоўшчык андроідам, які працуе на стыку кібернетыкі, псіхалогіі і бігейвіярызму (навукі аб паводзінах), і інжынер, які складае алгарытмы для прамысловых рабатызаваных комплексаў, сярод асноўных інструментаў якога - вышэйшая матэматыка і мехатроніка, якія працуюць у самай перспектыўнай галіны бліжэйшых гадоў - робататэхніцы. Робаты, нягледзячы на параўнальную навізну тэрміна, здаўна знаёмыя чалавецтву. Вось толькі некалькі фактаў з гісторыі развіцця разумных механізмаў.

Жалезныя людзі Анры Дро

Яшчэ у міфах Старажытнай Грэцыі згадваліся механічныя рабы, створаныя Гефестам для выканання цяжкіх і аднастайных работ. А першым вынаходнікам і распрацоўшчыкам чалавекападобнага робата стаў легендарны Леанарда ды Вінчы. Да нашых дзён захаваліся больш падрабязныя чарцяжы італьянскага генія, якія апісваюць механічнага рыцара, здольнага імітаваць чалавечыя руху рукамі, нагамі, галавой.

Стварэнню першых аўтаматычных механізмаў з праграмным кіраваннем паклалі пачатак у канцы XVΙΙΙ стагоддзя еўрапейскія вартавыя майстры. Найбольш атрымалі поспех на гэтай ніве швейцарскія спецыялісты бацька і сын П'ер-Жак і Анры Дро. Імі створана цэлая серыя чалавекападобных робатаў ("пішучы хлопчык", "малявальшчык", "музыкантша") у аснове кіравання якімі ляжалі гадзіннікавыя механізмы. Менавіта ў гонар Анры Дро у далейшым усё праграмуемыя чалавекападобныя аўтаматы сталі называць "андроідаў".

Ля вытокаў праграмавання

Асновы праграмавання прамысловых робатаў былі закладзены на пачатку XIX стагоддзя ў Францыі. Тут жа і былі распрацаваны першыя праграмы для аўтаматычных тэкстыльных станкоў (прадзільных і ткацкіх). Імкліва расце армія Напалеона востра мела патрэбу ў абмундзіраванні і, такім чынам, тканінах. Вынаходнік з Ліёна Жозэф Жаккар прапанаваў спосаб хуткай пераналадкі ткацкага станка для вытворчасці розных відаў прадукцыі. Нярэдка гэтая працэдура патрабавала велізарнай колькасці часу, каласальных намаганняў і ўвагі цэлага калектыву. Сутнасць новаўвядзенні зводзілася да выкарыстання кардонных картак з перфараванымі адтулінамі. Іголкі, трапляючы ў просеченные месцы, неабходным чынам змяшаў ніткі. Змена карт хутка праводзілася аператарам станка: новая перфокарта - новая праграма - новы тып тканіны або ўзору. Французская распрацоўка стала правобразам сучасных аўтаматызаваных комплексаў, робатаў з магчымасцю праграмавання.

Больш:

Lenovo v580c: падрабязны агляд

Сёння мы вырашылі напісаць пра ноўтбуку Lenovo v580c. Агляд будзе падрабязным, так як гэты партатыўны ПК серыі IdeaPad мае высокую папулярнасць, але не многія ведаюць, чым жа прыцягвае гэта прылада пакупнікоў. Мадэль з'яўляецца хуткай і змяшчае ў саб...

Брандмаўэр - што гэта? Стандартны абаронца ПК

Брандмаўэр – што гэта такое? Карысная функцыя ў аперацыйнай сістэме або малаэфектыўныя сродак абароны? Перш чым адказаць на гэтае пытанне, нам трэба высветліць, што робіць кампутар і як правільна яго наладзіць.Агульныя звесткіДля паспяховай пра...

"Аблівіян": праходжанне гульні. Кіраўніцтва і парады па праходжанні гульні "Аблівіян"

The Elder Scrolls IV: Oblivion — ролевая гульня ад кампаніі Bethesda Games Studios. Адразу ж пасля рэлізу у 2006 годзе яна стала вельмі папулярнай. Сюжэт заснаваны на супрацьстаянні галоўнага героя і культу Прынца Разбурэння, які плануе адкрыць...

Ідэю, прапанаваную Жаккаром, з захапленнем выкарыстоўвалі ў сваіх аўтаматычных прыладах многія вынаходнікі:

• Начальнік статыстычнага ўпраўлення С. М. Корсакаў (Расія, 1832 г.) - у механізме для сравнивания і аналізу ідэй.
• Матэматык Чарльз Бэббидж (Англія, 1834 г.) - у аналітычнай машыне для вырашэння шырокага кола матэматычных задач.
• Інжынер Герман Холлерит (ЗША, 1890 г.) - у прыладзе для захоўвання і апрацоўкі статыстычных дадзеных (табуляторе). Для нататкі: у 1911 годзе кампанія. Холлерита атрымала назву IBM (International Business Machines).

Перфакарты былі асноўнымі носьбітамі інфармацыі аж да 60-х гадоў мінулага стагоддзя.

Што такое робат?

Сваім назвай інтэлектуальныя машыны абавязаны чэшскаму драматургу Карэлу Чапеку. У п'есе "R. U. R.", якая пабачыла свет у 1920 годзе, пісьменнік назваў робатам штучнага чалавека, створанага для цяжкіх і небяспечных участкаў вытворчасці (robota (чешск.) - катарга). А што адрознівае робата ад механізмаў і аўтаматычных прылад? У адрозненне ад апошніх, робат не толькі выконвае пэўныя дзеянні, слепа вынікаючы закладзенаму алгарытму, але і здольны больш цесна ўзаемадзейнічаць з навакольным асяроддзем і чалавекам (аператарам), адаптаваць свае функцыі пры змене знешніх сігналаў і ўмоў.

Прынята лічыць, што першы дзеючы робат быў сканструяваны і рэалізаваны ў 1928 годзе амерыканскім інжынерам Р. Уэнсли. Чалавекападобны "жалезны інтэлектуал" атрымаў імя Герберт Телевокс. На лаўры піянераў прэтэндуюць таксама вучоны-біёлаг Макото Нісімура (Японія, 1929 г.) і англійская вайсковец Уільям Рычардс (1928 г.). Створаныя вынаходнікамі антрапаморфныя механізмы мелі падобны функцыянал: здольныя былі рухаць канечнасцямі і галавой, выконваць галасавыя і гукавыя каманды, адказваць на простыя пытанні. Асноўным прызначэннем прылад была дэманстрацыя навукова-тэхнічных дасягненняў. Чарговы віток у развіцці тэхналогій дазволіў у хуткім часе стварыць і першых індустрыяльных робатаў.

Пакаленне за пакаленнем

Распрацоўка робататэхнікі ўяўляе сабой бесперапынны, паступальны працэс. Да цяперашняга моманту сфармаваліся тры ярка выяўленых пакалення "разумных" машын. Кожнае характарызуецца пэўнымі паказчыкамі і сферамі прымянення.

Першае пакаленне робатаў стваралася для вузкага віду дзейнасці. Машыны здольныя выконваць толькі пэўную запраграмаваную паслядоўнасць аперацый. Прылады кіравання робатамі, схематэхніка і праграмаванне практычна выключаюць аўтаномнае функцыянаванне і патрабуюць стварэння спецыяльнага тэхналагічнага прасторы з неабходным дадатковым абсталяваннем і інфармацыйна-вымяральнымі сістэмамі.

Машыны другога пакалення называюць очувствленными, або адаптыўнымі. Праграмаванне робатаў ажыццяўляецца з улікам вялікага набору знешніх і ўнутраных сэнсараў. На аснове аналізу інфармацыі, якая паступае з датчыкаў,выпрацоўваюцца неабходныя кіраўнікі ўздзеяння.

І нарэшце, трэцяе пакаленне - інтэлектуальныя робаты, якія здольныя:

• Абагульняць і аналізаваць інфармацыю,
• Ўдасканальвацца і самообучаться, назапашваць навыкі і веды,
• Распазнаваць вобразы і змены сітуацыі, і ў адпаведнасці з гэтым выбудоўваць працу сваёй выканаўчай сістэмы.

У аснове штучнага інтэлекту ляжыць алгарытмічны і праграмнае забеспячэнне.

Агульная класіфікацыя

На любой сучаснай прадстаўнічай выставе робатаў разнастайнасць "разумных" машын здольна ўразіць не толькі простых абывацеляў, але і спецыялістаў. А якія бываюць робаты? Найбольш агульную і змястоўную класіфікацыю прапанаваў савецкі вучоны А. я. Кобрынскі.

Па прызначэнні і выконваемых функцый робатаў падпадзяляюць на вытворча-прамысловыя і даследчыя. Першыя, у адпаведнасці з характарам выконваемых работ, могуць быць тэхналагічнымі, пад'ёмна-транспартнымі, універсальнымі або спецыялізаванымі. Даследчыя прызначаныя для вывучэння абласцей і сфер, небяспечных або недаступных для чалавека (касмічнае прастору, зямныя нетры і вулканы, глыбакаводныя пласты сусветнага акіяна).

Па тыпу кіравання можна вылучыць біятэхнічныя (капіююць, камандныя, кібаргі, інтэрактыўныя і аўтаматычныя), па прынцыпе - жорстка праграмуемыя, адаптыўныя і гнутка праграмуемыя. Бурнае развіццё сучаснай мікрапрацэсарнай тэхнікі падае распрацоўнікам практычна бязмежныя магчымасці пры праектаванні інтэлектуальных машын. Але выдатнае схемныя і канструктыўнае рашэнне будзе служыць толькі дарагой абалонкай без адпаведнага праграмнага і алгарытмічнага забеспячэння.

Асновы праграмавання робатаў

Каб крэмній мікрапрацэсара змог узяць на сябе функцыі мозгу робата, неабходна "заліць" у крышталь адпаведную праграму. Звычайны чалавечы мова не здольны забяспечыць выразную фармалізацыі задач, дакладнасць і надзейнасць іх лагічнай ацэнкі. Таму патрабаваная інфармацыя падаецца ў пэўным выглядзе з дапамогай моў праграмавання робатаў.

У адпаведнасці з развязальнымі задачамі кіравання вылучаюць чатыры ўзроўню такога спецыяльна створанага мовы:

• Ніжэйшы ўзровень выкарыстоўваецца для кіравання выканаўчымі прывадамі ў выглядзе дакладных значэнняў лінейнага або вуглавога перамяшчэння асобных звёнаў інтэлектуальнай сістэмы,
• Узровень маніпулятара дазваляе ажыццяўляць агульнае кіраванне ўсёй сістэмай, пазіцыянуючы працоўны орган робата у координатном прасторы,
• Узровень аперацый служыць для фарміравання рабочай праграмы, шляхам ўказанні паслядоўнасці неабходных дзеянняў для дасягнення пэўнага выніку.
• На вышэйшым узроўні - заданняў - праграма без дэталізацыі паказвае што трэба зрабіць.

Робататэхнікі імкнуцца звесці праграмаванне робатаў да зносін з імі на мовах вышэйшага ўзроўню. У ідэале аператар ставіць задачу: "Вырабіць зборку рухавіка ўнутранага згарання аўтамабіля" і чакае ад робата поўнага выканання задання.

Моўныя нюансы

У сучаснай робататэхніцы праграмаванне робатаў развіваецца па двух вектарах: роботоориентированное і праблемна арыентаванае праграмаванне.

Найбольш распаўсюджаныя роботоориентированные мовы - AML і AL. Першы распрацаваны фірмай IBM толькі для кіравання інтэлектуальнымі механізмамі ўласнага вытворчасці. Другі - прадукт спецыялістаў Стэндфардскага ўніверсітэта (ЗША) - актыўна развіваецца і аказвае істотны ўплыў на фарміраванне новых моў гэтага класа. Прафесіянал лёгка разглядзіць ў мове характэрныя рысы Паскаля і ўмовы ў аператары if. Усе мовы, арыентаваныя на робатаў, апісваюць алгарытм, як паслядоўнасць дзеянняў "разумнага" механізму. У сувязі з гэтым праграма часцяком выходзіць вельмі грувасткай і нязручнай ў практычнай рэалізацыі.

Пры праграмаванні робатаў на праблемна арыентаваных мовах, у праграме паказваецца паслядоўнасць не дзеянняў, а мэтаў або прамежкавых пазіцый аб'екта. Найбольш папулярным у гэтым сегменце з'яўляецца мова AUTOPASS (IBM), у якім стан рабочай асяроддзя прадстаўлена ў выглядзе графаў (вяршыні - аб'екты, дугі - сувязі).

Навучанне робатаў

Любы сучасны робат ўяўляе сабой обучаемую і адаптыўную сістэму. Уся неабходная інфармацыя, якая ўключае веды і ўменні, перадаецца ёй у працэсе навучання. Гэта ажыццяўляецца, як непасрэдным занясеннем у памяць працэсара адпаведных дадзеных (дэталёвае праграмаванне - семплинг), так і з выкарыстаннем датчыкаў робата (метадам нагляднай дэманстрацыі) - усе руху і перамяшчэння механізмаў робата заносяцца ў памяць і затым прайграваюцца ў працоўным цыкле. Навучаючыся, сістэма перабудоўвае свае параметры і структуру, фарміруе інфармацыйную мадэль знешняга свету. Гэта і ёсць асноўнае адрозненне робатаў ад аўтаматызаваных ліній, прамысловых аўтаматаў з жорсткай структурай і іншых традыцыйных сродкаў аўтаматызацыі. Пералічаныя метады навучання валодаюць істотнымі недахопамі. Напрыклад, пры семплинге перанастройка патрабуе пэўнага часу іпрацы кваліфікаванага спецыяліста.

Вельмі перспектыўнай выглядае праграма для праграмавання робатаў, прадстаўленая распрацоўшчыкамі Лабараторыі інфармацыйных тэхналогій пры Масачусецкім тэхналагічным інстытуце (MIT CSAIL) на міжнароднай канферэнцыі прамысловай аўтаматызацыі і робататэхнікі КАХАННЕ-2017 (Сінгапур). Створаная імі платформа C-LEARN валодае добрымі якасцямі абодвух метадаў. Яна дае робату бібліятэку элементарных рухаў з зададзенымі абмежаваннямі (напрыклад, высілак зуха для маніпулятара ў адпаведнасці з формай і калянасцю дэталі). У той жа час, аператар дэманструе робату ключавыя руху ў трохмерным інтэрфейсе. Сістэма, зыходзячы з пастаўленай задачы, фармуе паслядоўнасць аперацый для выканання працоўнага цыклу. C-LEARN дазваляе перапісаць існуючую праграму для робата іншай канструкцыі. Аператару пры гэтым не патрабуюцца паглыбленыя веды ў галіне праграмавання.

Робататэхніка і штучны інтэлект

Спецыялісты Оксфардскага універсітэта папярэджваюць, што ў бліжэйшыя два дзесяцігоддзі машынныя тэхналогіі заменяць больш за палову сённяшніх працоўных месцаў. Сапраўды, робаты даўно ўжо працуюць не толькі на небяспечных і цяжкіх участках. Напрыклад, праграмаванне гандлёвых робатаў значна потеснило брокераў-людзей на сусветных біржах. Некалькі слоў аб штучным інтэлекце.

У прадстаўленні абывацеля гэта антрапаморфны робат, здольны замяніць чалавека ў многіх сферах жыцця. Збольшага так і ёсць, але ў большай ступені штучны інтэлект - гэта самастойная галіна навукі і тэхналогіі, з дапамогай кампутарных праграм, мадэлюе мысленне "Homo sapiens", яго працу мозгу. На сённяшнім этапе развіцця ІІ больш дапамагае людзям, забаўляе іх. Але, па прагнозах экспертаў, далейшы прагрэс у галіне робататэхнікі і штучнага інтэлекту можа паставіць перад чалавецтвам цэлы шэраг маральна-этычных і юрыдычных пытанняў.

У гэтым годзе на выставе робатаў у Жэневе самы дасканалы андроід Сафія заявіла, што вучыцца быць чалавекам. У кастрычніку Сафія ўпершыню ў гісторыі штучнага інтэлекту была прызнана грамадзянкай Саудаўскай Аравіі з паўнавартаснымі правамі. Першая ластаўка?

Асноўныя тэндэнцыі робататэхнікі

У 2017 годзе спецыялісты лічбавай індустрыі адзначылі некалькі выдатных рашэнняў у галіне тэхналогій віртуальнай рэальнасці. Не засталася ў баку і робататэхніка. Вельмі перспектыўным выглядае кірунак удасканальвае кіраванне складаным робомеханизмом праз віртуальны шлем (VR). Эксперты прадракаюць запатрабаванасць такой тэхналогіі ў бізнесе і прамысловасці. Верагодныя сцэнары выкарыстання:

• Кіраванне беспілотнай тэхнікай (складскімі пагрузчыкаў і маніпулятарамі, дронов, трэйлерамі),
• Правядзенне медыцынскіх даследаванняў і хірургічных аперацый,
• Асваенне цяжкадаступных аб'ектаў і абласцей (дно акіяна, палярныя вобласці). Акрамя таго, праграмаванне робатаў дазваляе ім ажыццяўляць і аўтаномную працу.

Яшчэ адзін папулярны трэнд - connected car. Зусім нядаўна прадстаўнікі гіганта Apple заявілі аб старце распрацовак ўласнага "беспілотніка". Усе больш фірмаў, якія выказваюць сваю зацікаўленасць у стварэнні машын, здольных самастойна перамяшчацца па перасечаным трасах, захоўваючы грузы і абсталяванне.

Нарастальная складанасць алгарытмаў праграмавання робатаў і машыннага навучання прад'яўляе павышаныя патрабаванні да вылічальных рэсурсаў і, такім чынам, да "залозу". Па-відаць, аптымальным выхадам у гэтым выпадку будзе падлучэнне прылад да хмарнай інфраструктуры.

Важнае кірунак - кагнітыўная робататэхніка. Імклівы рост колькасці "разумных" машын прымушае распрацоўшчыкаў ўсё часцей задумвацца аб тым, як навучыць робатаў зладжана ўзаемадзейнічаць.