Коммуникация между роботом и человеком
Современное промышленное производство даже представить себе невозможно без роботов. В отличие от людей, они готовы безропотно выполнять самую тупую и однообразную работу, не устают и не испытывают боли, способны осуществлять операции, требующие абсолютной точности. Однако у роботов есть и очевидные недостатки: они не умеют думать, часто не могут отличить исправную деталь от дефектной, а любое изменение технологического цикла означает, что им потребуются новые программы. Конечно, наиболее эффективным решением многих производственных задач могло бы стать тесное взаимодействие человека и робота, однако до сих пор создание таких тандемов было невозможно по соображениям безопасности. В Германии промышленные роботы должны размещаться за специальными ограждениями, очень похожими на клетки в зоопарке. И на то есть весомые причины. Не забывайте о том, – говорит Рудольф Шварте (Rudolf Schwarte), профессор университета в Зигене, – что роботы выполняют свою работу вслепую:
«Объект, который они обрабатывают, крепится на определённое место, все операции заранее программируются, и роботы их выполняют, даже если объекта на самом деле там нет».
Точно так же робот не увидит и зазевавшегося человека, что вполне может привести к тяжёлым и даже смертельным травмам. А значит, строгие меры безопасности вполне оправданны. Однако они снижают рентабельность производства. Чтобы оператор мог войти в клетку к роботу, всю линию приходится останавливать, а ошибки робота, не предотвращённые вовремя человеком, потому что он не имел права находиться поблизости, обычно удаётся выявлять лишь с большим опозданием. Иное дело, если бы роботы обладали пространственным зрением, – говорит профессор Шварте:
«В тот момент, когда робот благодаря сенсорике получит трёхмерную информацию об окружающем пространстве, он станет гораздо более гибким в своих действиях. Обретёт, скажем, способность по-разному обращаться с разными объектами: с куриным яйцом – иначе, чем со стальной деталью».
Именно такой оптоэлектронный микрочип, способный не только регистрировать интенсивность отражённого светового излучения, но и извлекать из него важную пространственную информацию, и разрабатывают в Зигене профессор Шварте и его коллеги. А учёные Института промышленных технологий и машиностроения имени Фраунгофера в Штутгарте пошли несколько иным путём – возможно, не столь эффектным, но ничуть не менее эффективным. Руководитель проекта Штефан Тимерман (Stefan Thiemermann) говорит:
«Если мы хотим убрать ограждение, то должны создать ему замену, то есть какую-то иную систему безопасности. И мы решили использовать для этого технологию компьютерной обработки изображения. То есть мы разместили сверху над рабочим местом три видеокамеры. Они постоянно отслеживают все перемещения робота и человека. Эти данные поступают в компьютерную систему управления роботом, которая непрерывно анализирует ситуацию и оценивает её на предмет опасности, а при необходимости соответственно корректирует движения робота. Тут очень важно то, что определяющим элементом по-прежнему является человек: робот подлаживается под него и реагирует на его действия, а не наоборот».
Такая компьютерная система управления автоматически тормозит движение манипулятора робота, если расстояние между ним и человеком сокращается до 4-х сантиметров. При медленных перемещениях робота допустимым считается даже расстояние в 2 сантиметра. Эта величина кажется крайне незначительной, однако эксперименты показали, что её вполне достаточно для эффективного предотвращения несчастных случаев на таком совместном рабочем месте робота и человека. Опытная установка штутгартских конструкторов имеет и ещё одно достоинство: она автоматически регистрирует присутствие рабочего благодаря тому, что способна распознавать обнажённую человеческую кожу лица или рук. Это достигается за счёт того, что в камерах слежения картинка не генерируется, как обычно, из трёх цветов – красного, зелёного и синего, – а просчитывается по определённой схеме с учётом длины волны, яркости и смещения баланса белого. В основе схемы лежит шкала с диапазоном значений от 0 до 255, и кожа по этой шкале всегда имеет показатель от 20 до 40.
Впрочем, прежде чем тандем «робот-человек» станет на производстве обычным делом, пройдёт, наверное, ещё несколько лет. Значительно дальше продвинулись конструкторы, работающие над медицинскими роботами, призванными помочь хирургу в операционной. Правда, манипуляторы этих роботов перемещаются на меньшие расстояния и гораздо медленнее, зато ситуация осложняется тем, что в операционной обычно находится больше людей и разных предметов, чем в цехе на производстве. Хуберт Гётте (Hubert Götte), сотрудник фирмы «BrainLAB» по производству медицинского оборудования, сам участвовал в разработке таких роботов в Техническом университете Мюнхена:
«Мы держим под контролем пациента, препятствия, предметы в операционной посредством специальных сенсоров и просчитываем все движения робота таким образом, чтобы он эти преграды огибал. На такие крупные препятствия, как операционный стол или светильник, мы устанавливаем датчики, а столкновений с более мелкими препятствиями роботу удаётся избежать благодаря тому, что он огибает известные крупные объекты на значительном расстоянии, «с большим запасом».
Видеокамеры, инфракрасные и ультразвуковые сенсоры призваны проложить роботу путь к его рабочему месту, где он и выполняет свою главную задачу: с точностью до 1/100 миллиметра высверливает кость под имплантат коленного или тазобедренного сустава. Впрочем, исследования, направленные на создание безопасных медицинских и промышленных роботов, способных выполнять свои функции без ограждения в тесном контакте с людьми, могут поспособствовать и быстрому развитию другого направления роботостроения: разработке сервисных роботов. Это могут быть автоматы, разливающие напитки и раздающие блюда в столовой, или роботы – помощники по дому. Дальше действующих прототипов дело пока не дошло, а между специалистами в этой области уже разгорелся спор о том, как должен выглядеть такой сервисный робот. Собственно, речь идёт о противоборстве приверженцев двух концепций – одни полагают, что робот в любом случае должен быть как можно больше похож на человека, другие же настаивают на том, что форма определяется функцией. В рамках прошедшего совсем недавно в Денвере, штат Колорадо, очередного ежегодного съезда Американской ассоциации содействия развитию науки состоялась пресс-конференция, на которой журналистам был продемонстрирован самый новый робот – вернее, голова робота. Задача, которую ставил перед собой создатель головы Дейвид Хэнсон (David Hanson), аспирант факультета интерактивного искусства и инженерных наук Техасского университета в Далласе, состояла в том, чтобы придать роботу способность выражать – или хотя бы имитировать – эмоции мимикой. Своё изделие сам конструктор назвал K-bot (bot – от слова «робот», а К – первая буква имени Кристина: так зовут приятельницу Хэнсона, которая послужила ему моделью при создании головы). На пресс-конференции автор разработки объяснил:
«Человеческое лицо – это совершенно естественная парадигма в коммуникации между человеком и компьютером. На протяжении миллионов лет наше лицо в результате эволюции обрело богатейшую мимику. Это позволяет нам без слов доносить до окружающих широкую палитру чувств и намерений. И сами мы способны по выражению лица другого человека определить его настроение и помыслы. А значит, для робота человеческое лицо – ключ к человекоподобному и социальному поведению».
Механическая Кристина внешне напоминает установленную на небольшом штативе-треножнике голову обычного манекена, какие красуются в любой магазинной витрине. Рот, глаза, нос воспроизведены почти с портретным сходством. Но это – только анфас. Сзади вместо затылка – сплошной салат из проводов, разъёмов, микропроцессоров и миниатюрных электромоторчиков. Толстым кабелем голова соединена с компьютером. Выглядит всё это не слишком убедительно: видимо, презентация в Денвере готовилась второпях, и всю начинку Хэнсон паял в последнюю минуту. Во всяком случае, продемонстрировать Кристину в действии разработчик так и не смог: специально созданная компьютерная программа, призванная управлять мимикой искусственного лица, работала нестабильно и то и дело зависала. Однако это не обескуражило аспиранта. Продолжая свои попытки заставить голову всё же скорчить пару гримас, он параллельно давал пояснения и отвечал на вопросы:
«Я соорудил этого робота из очень дешёвых деталей. Все компоненты обошлись мне примерно в 400 долларов. Цель моей работы состоит в том, чтобы доказать: такие головы могут производиться промышленностью серийно, в массовом масштабе. Ведь только если такие изделия станут меньше, легче и дешевле, они получат широкое распространение. Например, в неврологических исследованиях или при разработке искусственного интеллекта».
K-bot – это очередной шаг в направлении совершенствования так называемых адаптивных роботов, то есть роботов, адекватно реагирующих на изменения окружающей обстановки. В глаза Кристины вмонтированы видеокамеры, они регистрируют выражения лиц встречных людей, компьютер анализирует эти данные, и голова реагирует соответствующей мимикой. Причём эта мимика уже весьма многообразна:
«Это самое выразительное лицо из всех, какими когда-либо до сих пор обладали роботы. Кожа изготовлена из вспененного полимера, специально созданного в нашей лаборатории. По своим механическим характеристикам он практически ничем не отличается от настоящей человеческой кожи. Именно эластичность этой искусственной кожи и позволила нам применить миниатюрные сервомоторы с очень низким крутящим моментом».
24 таких сервомоторчика, каждый размером с кубик сахара, управляют мимикой механической Кристины. А масса всей головы не превышает 2-х килограммов. Отчаявшись реанимировать компьютерную программу, Дейвид Хэнсон вручную прокрутил несколько моторчиков, чтобы продемонстрировать богатство мимики своего детища. Робот может и изобразить ироничную усмешку, и недоверчиво приподнять бровь, и осуждающе наморщить лоб, и приветливо улыбнуться, и обиженно потупиться. На пресс-конференции в Денвере журналистам была продемонстрирована видеозапись того, что Хэнсону не удалось воспроизвести непосредственно в их присутствии: как голова робота мимикой реагирует на мимику человека. Хэнсон пояснил:
«Помимо фундаментальных исследований, такой андроид может оказаться весьма полезным в медицине – например, для лечения душевнобольных. Если, скажем, ребёнка, страдающего аутизмом, нужно долго и упорно обучать нормальному невербальному общению, то такая голова может служить своего рода наглядным пособием, демонстрирующим упрощённый, но зато из раза в раз один и тот же мимический сигнал».
Однако немало серьёзных учёных полагают, что попытки придать роботу максимальное человекоподобие – не просто баловство, а к тому же вредное. Японский инженер Масахиро Мори (Masahiro Mori) ещё в 80-х годах указал на интересный психологический феномен, который он назвал эффектом зомби: чем человекоподобнее и, следовательно, привычнее выглядит робот, тем больше он располагает к себе, но лишь до определённого предела, потому что слишком точная, почти неотличимая от живого человека копия вызывает у людей резкое отторжение. Причём, как ни парадоксально, это неприятие объясняется той же самой способностью тонко чувствовать чужие эмоции, на которую опирается Дейвид Хэнсон, разрабатывая мимику своего K-bot’a. Керстин Даутенхан (Kerstin Dautenhahn), профессор Хартфордширского университета в Англии, специалистка в области искусственного интеллекта, говорит:
«Люди на редкость чутко улавливают любую фальшь в поведении собеседника. Они, как правило, сразу видят, в каком тот настроении, замечают, если он расстроен или неважно себя чувствует, даже если пытается это скрыть. Пусть они не всегда сами осознают, что конкретно их насторожило, но если что-то не так, они это обязательно замечают».
Керстин Даутенхан не перестаёт удивляться тому, что многие её коллеги упорно пытаются перещеголять друг друга в человекоподобии создаваемых ими роботов. Сама же она исходит из того, что внешняя форма любого устройства, в том числе и робота, диктуется его функцией. Даже если роботам приходится действовать в мире, созданном человеком, оптимальное решение многих задач вовсе не требует от них человекоподобия, скорее даже наоборот. Людям, чтобы достать что-то с верхней полки шкафа, приходится взбираться на табурет, что чревато падением и травмой. Роботу для этих целей было бы практичнее иметь телескопический манипулятор. Впрочем, профессор Даутенхан признаёт, что некоторая степень человекоподобия имеет смысл там, где предполагается тесное взаимодействие человека и робота и быстрый обмен информацией между ними. Понятно, что осваивать языки программирования и впечатывать приказы посредством клавиатуры долго и трудно, гораздо проще было бы общаться с роботом, понимающим человеческую речь. Но только это ведь вовсе не значит, что такой робот и выглядеть должен как человек, – недоумевает Карстен Даутенхан:
«Для людей вполне естественно ожидать от контрагента, внешне похожего на них, что тот обладает таким же интеллектом, такими же эмоциями, таким же восприятием окружающей действительности, как и они сами. Понятно, что такое ожидание очень быстро оказывается обманутым, а это, в свою очередь, вызывает сильное разочарование».
Машина, как бы выдающая себя за человека, имеющая внешность человека, глаза, рот, уши, должна и в остальном вести себя как человек: узнавать в лицо и приветствовать собеседника, отвечать на вопросы типа «который час?» или хотя бы уметь убедительно объяснять, почему она не может сказать, который час.
«Если робот в ответ на ваш вопрос сморозит какую-нибудь глупость, вы будете удивлены, решите, что вы, наверное, сами что-то не так спросили, попробуете сформулировать тот же вопрос иначе, но, убедившись в бесплодности своих попыток, скорее всего, отвергнете такого робота».
Отчасти это напоминает ситуацию, когда человек хвастливо рассказывает о неких своих способностях, каковыми он, как вскоре выясняется, вовсе не обладает. Совсем иную реакцию вызывают роботы, не пытающиеся выдавать себя за людей. При виде этих сугубо функциональных металлических блоков, оснащённых камерами и громкоговорителями и опутанных кабелями, ни у кого, пожалуй, и мысли не возникнет задавать им вопросы. А если и возникнет, то негативный исход такого эксперимента будет воспринят как должное и не вызовет разочарования. Зато если попытка вступить в контакт увенчается успехом, то это будет приятным сюрпризом.