Роботы-футболисты, роботы-пожарные, роботы-почтальоны
В эти дни Германия стала местом проведения сразу двух чемпионатов мира по футболу – среди людей и среди роботов. Понятно, что первый привлёк интерес самой широкой публики в десятках стран, между тем как второй удостоился внимания лишь относительно небольшой группы инженеров и программистов. Первый рассчитан на целый месяц, и до его кульминации – финального матча – ещё далеко, между тем как второй продолжался всего пять дней и в минувшее воскресение завершился. Что касается бюджетов этих двух чемпионатов, то их и сравнивать-то неловко, настолько первый больше второго. И всё же, рискуя навлечь на себя гнев болельщиков всего мира, я осмелюсь утверждать, что судьбы человечества зависят скорее от результатов второго чемпионата. Не напрямую, конечно, а в том смысле, что в ходе этих соревнований – они именуются «RoboCup» и проводятся с 1997-го года – проверяются те концепции и испытываются те технологии, которые рано или поздно войдут в наш обиход и начнут определять нашу повседневную жизнь. Поэтому не следует представлять себе дело так, будто устроители соревнований захотели потешить самолюбие электронщиков или развлечь скучающую публику. Всё гораздо серьёзнее. В нынешнем году на юбилейный – десятый по счёту – чемпионат мира в Бремен съехались ни много ни мало 440 команд из 36-ти стран – это 2600 человек. Для них в 4-х павильонах Бременской ярмарки были оборудованы 52 игровые площадки. Столь внушительное количество объясняется тем, что состязания в рамках футбольного чемпионата «RoboCup» проводятся в 6-ти лигах.
Наиболее массовой по числу участников, но наименее зрелищной является так называемая виртуальная лига – в ней играют не материальные роботы на реальном поле, а автономные виртуальные агенты, представленные точками на большом мониторе. Каждая команда состоит из 11-ти игроков, матч длится 2 тайма по 5 минут. Но то, что на первый взгляд напоминает всем хорошо знакомую и достаточно примитивную компьютерную игру, на самом деле является состязанием весьма сложных алгоритмов и программ. Ведь главная особенность чемпионатов «RoboCup» во всех лигах состоит именно в том, что участвующие в них роботы самостоятельно принимают все решения и действуют в зависимости от ситуации, складывающейся на поле; люди же лишены возможности дистанционно управлять процессом игры.
Гораздо более зрелищны матчи в так называемой малой лиге. Малая лига – это покрытое зелёным сукном и огороженный барьером высотой в 10 сантиметров поле размерами 2,8 х 2,3 метра, то есть, проще говоря, пинг-понговый стол, оранжевого цвета мяч для игры в гольф и реальные роботы ростом не более 15-ти сантиметров. В командах – по 5 игроков, матчи состоят из 2-х таймов по 10 минут. Деннис Пахур (Dennis Pachur), один из программистов команды Бременского университета, поясняет:
Особенность нашей лиги состоит в том, что над полем на высоте 3-х метров подвешена видеокамера, передающая изображение в компьютер, который и управляет по радио действиями всех игроков команды. Делает он это самостоятельно, то есть без вмешательства человека. Игроки же представляют собой напичканные электроникой пластмассовые коробки на 4-х колёсах. Ведение мяча и удары по нему осуществляются с помощью расположенного спереди и оснащённого поршневым механизмом ковшика.
Футболисты малой лиги внешне похожи на миниатюрные «взбесившиеся» бульдозеры, передвигающиеся по пинг-понговому столу со скоростью до трёх метров в секунду.
Ещё больший интерес у публики, а главное – у специалистов, – вызывают матчи в средней лиге. Средняя лига – это поле размером 5 на 9 метров, мяч для игры в футбол в закрытых помещениях и роботы ростом до 80-ти сантиметров и весом до 80-ти килограммов. В каждой команде – по 4 игрока, матчи, как и в малой лиге, состоят из 2-х таймов по 10 минут. Однако роботы средней лиги оснащены глазами-видеокамерами и являются совершенно автономными самодвижущимися компьютерами.
Ещё одну лигу составляют так называемые «AIBO» – разработанные концерном «Sony» и выпускаемые серийно автономные четвероногие роботы-собачки. Команды, состоящие из 4-х собачек каждая, играют на поле размером 6 х 4 метра.
«RoboCup» – это форма рекламы научных исследований в области искусственного разума и роботостроения. Футбол идеально подходит для демонстрации достижений в этой сфере, поскольку роботы должны уметь мгновенно оценивать ситуацию на поле и в зависимости от неё принимать те или иные решения в режиме реального времени. Эта способность является важной предпосылкой для более широкого использования роботов в промышленности, –
подчёркивает инициатор проведения и член организационного комитета турниров «RoboCup», руководитель лаборатории роботостроения концерна «Sony» Хироаки Китано (Hiroaki Kitano).
Пока мастерство механических футболистов не достигло такого уровня, чтобы их баталии находили отражение в выпусках спортивных новостей, однако оно стремительно растёт. Ряд игроков демонстрируют если не виртуозный дриблинг, то уж во всяком случае уверенное и быстрое ведение мяча с завершающим ударом. Некоторые тренеры даже смогли научить своих подопечных длинным закрученным фланговым прострелам. Но что у роботов-футболистов получается из рук вон плохо, так это согласованные командные действия. Присущий роботам «эгоизм на поле» – это наглядное свидетельство того, что программное обеспечение сферы «общественного сознания» пока развито весьма слабо. Однако Хироаки Китано не теряет оптимизма:
Свою сверхзадачу мы видим в том, чтобы к 2050-му году создать таких гуманоидных, то есть человекоподобных, – и, конечно, абсолютно автономных, – роботов, которые смогли бы победить команду настоящих чемпионов мира среди людей, причём в строгом соответствии с официальными правилами Международной федерации футбола!
В известной мере эта задача сходна с той, которую поставили перед собой программисты в 80-х годах прошлого века: создать шахматный компьютер, способный выиграть у реального чемпиона мира. Эта задача была успешно решена в 1997-м году, когда суперкомпьютер «Deep Blue» победил в матче против Гарри Каспарова. У руководителей «RoboCup» слова тоже, похоже, не расходятся с делами. Во всяком случае, несколько лет назад чемпионат пополнился новой лигой – двуногих роботов-гуманоидов. Сегодня в этой лиге соревнуются роботы детского и юношеского размеров – первые ростом от 30-ти до 60-ти, вторые – от 65-ти до 130-ти сантиметров. Правда, особого мастерства они пока не демонстрируют. Однако профессор информатики Берлинского университета имени Гумбольдта Ханс-Дитер Буркхард (Hans-Dieter Burkhard) напоминает:
Когда 100 лет назад люди начали задумываться над тем, как можно передвигаться с помощью автомобиля или летать с помощью аэроплана, – то ведь поначалу всё это тоже выглядело нелепо. Достаточно вспомнить про первые попытки взлететь, взмахивая искусственными крыльями наподобие птичьих. Потребовались долгие годы, прежде чем люди поняли, как это технически осуществить наиболее эффективно.
Профессор Буркхард продолжает:
Раньше мы считали, что искусственный интеллект – это когда машина хорошо играет в шахматы или быстро считает. Сегодня мы знаем, что ЭВМ могут играть в шахматы и уж тем более считать лучше людей. Но при этом роботы испытывают немалые трудности при решении таких задач, как, скажем, переход с одной стороны оживлённой улицы на другую. А ведь самые обычные люди легко справляются с этой задачей, и им для этого не надо быть ни Карповым, ни Каспаровым.
То есть речь идёт о двух слабостях роботов. С одной стороны, компьютерам трудно решать задачи, не поддающиеся строгой формализации. С другой стороны, на низком уровне находится пока и техническая реализация принятых компьютером решений – пусть даже самых «умных». На преодоление отставания именно в этих сферах направлены усилия многих крупных фирм, стремящихся упрочить свои позиции на инновационном рынке.
Профессор математики Свободного университета Берлина Рауль Рохас (Raúl Rojas), выполняющий функции «тренера» весьма успешной местной команды роботов «FU Fighters», поясняет:
Проблемы, которые приходится решать для того, чтобы компьютеры могли играть в футбол, весьма разнообразны. Например, как научить робота правильно распознавать цвета, ведь видеокамера в этом отношении пока значительно уступает человеческому глазу. Или как заставить роботов одной команды действовать сообща, играть друг с другом, а не друг против друга. Или как обеспечить надёжную, невосприимчивую к помехам, взаимную коммуникацию между роботами – при том, что эфирные частоты перегружены из-за обилия мобильных телефонов. Или как сделать электронную начинку робота достаточно миниатюрной.
По мнению Рауля Рохаса, именно роботы вроде тех, что играют сегодня в футбол, получат – благодаря своей способности мгновенно принимать решения в нестандартных ситуациях – уже в ближайшем будущем широкое практическое применение. Они смогут, например, выполнять функции спасателей в случае пожаров, землетрясений и прочих чрезвычайных ситуаций. В рамках турнира «RoboCup» уже проводятся соревнования и среди таких роботов-спасателей.
Между тем, используя ряд программных разработок, испытанные на роботах-футболистах, учёные Бременского института промышленных технологий совместно с компанией по доставке корреспонденции «DHL» создали первого в мире робота, способного, скажем так, «осмысленно» разгружать контейнер. Почтовый робот представляет собой специальное грузозахватное устройство с присоской, которое перемещается по рельсу, закреплённому на двух подвижных опорах над лентой транспортёра. Разработчики называют своё детище портальным роботом – по аналогии с традиционным портальным краном. Только, в отличие от крана, робот обходится без крановщика. Производительность устройства – 600 посылок и бандеролей в час, примерно столько помещается в стандартном почтовом контейнере. Перед конструкторами стояла очень непростая задача: ведь, в отличие, скажем, от промышленного сварочного робота, все движения которого заранее строго запрограммированы, почтовый робот должен обладать способностью каждый раз находить новую точку приложения своих сил, поскольку контейнер по мере разгрузки пустеет, то есть окружающая робот среда претерпевает изменения. С учётом этого обстоятельства бременские инженеры оборудовали своё детище органом зрения – лазерным сканером. Считываемая сканером информация обрабатывается компьютером, который и управляет всеми движениями грейфера, – говорит один из разработчиков робота Вольфганг Эхельмайер (Wolfgang Echelmeyer):
Эта компьютерная программа способна регистрировать и анализировать видеоинформацию. Она распознаёт края отдельных посылок и бандеролей, решает, какая из них должна быть извлечена следующей, определяет оптимальную траекторию перемещения робота и посылает эти координаты в систему управления, которая и ведёт грейфер в нужную точку.
При этом компьютер действует пока до некоторой степени методом проб и ошибок, – признаёт Вольфганг Эхельмайер:
Сенсоры регистрируют очередную точку захвата, компьютер виртуально «проигрывает» предстоящее движение грейфера и решает, годится оно или нет. Если да, он выдаёт команду исполнительному механизму, если нет, ищет альтернативу. Конечно, это требует от компьютера большой вычислительной мощности.
Поэтому грейфер, прежде чем извлечь из контейнера очередной пакет, на мгновение замирает – словно в раздумье. Однако лучше так, чем ошибка в определении траектории грейфера массой 600 килограммов. Впрочем, это, конечно, не значит, что почтовый робот не нуждается в дальнейшем совершенствовании. Пока же первый экземпляр такого устройства уже смонтирован у заказчика.
Совершенно иное применение в чём-то сходному по конструкции роботу нашли итальянские инженеры. Италия – наряду со Швейцарией – является в Европе лидером по числу горных туннелей. Печальный опыт прошлых лет свидетельствует о том, что любая мало-мальски серьёзная авария в туннеле чревата очень тяжёлыми последствиями, особенно если при этом возникает пожар. Поэтому итальянское министерство транспорта поручило создать новую систему предупреждения и тушения пожаров в туннелях. На днях начался монтаж первых таких систем в туннелях страны. Робот-пожарный может перемещаться вдоль всего туннеля по рельсу, подвешенному под потолком. Само устройство представляет собой цилиндр, с каждого торца которого размещено по три стальных брандспойта длиной в метр. Один из создателей робота – инженер Доменико Пьятти (Domenico Piatti) – говорит:
Речь идёт об устройстве, которое мы за его подвижность и способность развивать высокую скорость назвали «Robogat», то есть «робот-кошка». Как только где-то в туннеле сработает прибор пожарной сигнализации или сигнализатор дыма, наш робот мчится по подвесному рельсу к месту происшествия и тотчас заливает очаг возгорания водой.
В разработке новой системы пожаротушения приняли участие специалисты факультета информатики и транспорта Неапольского университета. После трагедии в туннеле «Монблан» в 1999-м году – тогда жертвами пожара стали здесь 39 человек, а на то, чтобы справиться с огнём, понадобилось 53 часа! – было принято решение создать систему, способную эффективно бороться с огнём сразу, не дожидаясь прибытия пожарных расчётов.
Наша машина длиной 3 метра и массой 300 килограммов развивает скорость до 80-ти километров в час. Все три ствола-брандспойта свободно поворачиваются и могут быть направлены в любую сторону независимо друг от друга.
Вода к месту возгорания подаётся по рукаву, бухта которого размещена внутри корпуса пожарного робота. А источником воды служит специальный пруд, расположенный у одного из концов туннеля. Производительность системы достигает 5-ти тысяч литров воды в минуту. Снаружи корпус робота облицован специальными термостойкими керамическими плитками наподобие тех, что используются в космических аппаратах. Это позволяет роботу выдерживать температуры до 1500 градусов Цельсия. Доменико Пьятти говорит:
Когда к туннелю по тревоге прибывают пожарные расчёты, они сразу же могут получить подробную информацию о том, что происходит в очаге возгорания. Для этого с обоих концов туннеля расположены диспетчерские по управлению роботом, а сам робот оборудован инфракрасной камерой. Поступающая информация позволяет планировать действия пожарных и более эффективно дистанционно управлять роботом.
Кроме того, в корпус робота интегрирован громкоговоритель, с помощью которого пожарные имеют возможность дать нужные указания водителям машин, оказавшихся в опасной зоне.