Интеллектуальный робот получает визуальную, звуковую или же тактильную информацию из внешнего мира через специальную сенсорную систему, посредством которой он связан с окружающей средой. Основным орудием воздействия робота на окружающую среду является его манипулятор. Необходимые степени свободы при его функционировании обеспечиваются системой перемещения робота и его манипулятора. Другими важнейшими подсистемами робота, кроме перечисленных, являются система связи с человеком и когнитивная система. В когнитивной системе производится обработка всей полученной информации, необходимой для управления собственным поведением робота в реальной производственной среде. Именно в этой системе реализуются функции, в совокупности напоминающие человеческую психику, такие, как восприятие, память, решение задач и обучение.
Разрабатываемые в настоящее время интеллектуальные роботы не являются в достаточной мере совершенными. В большинстве случаев они состоят из манипулятора, датчиков визуальной и тактильной информации, системы распознавания зрительных образов, механизмов для определения расстояний, развитых программных средств обработки информации об окружающей среде и планирования действий робота и управляющей системы. Интеллектуальные роботы грядущих поколений будут содержать, кроме того, средства распознавания и понимания слитной человеческой речи (вначале -ограниченный набор слов и выражений), подсистему обучения, совершенный автоматический решатель задач (способный к переформулированию задач при возникновении непредвиденных ситуаций), совершенные механизмы поиска и обработки различных видов информации и развитые средства вывода (в том числе при наличии неполной, нечеткой и неопределенной информации).
Разработка интеллектуальных робототехнических систем с такими возможностями потребует решения многих сложных научно-технических задач, для которых в настоящее время можно ëèøü íàметить перспективные пути их решения. Многие робототехнические задачи ведут к большим трудностям организации вычислений, связанным, в частности, с необходимостью обработки в реальном масштабе времени больших объемов часто сменяющихся данных. К таким задачам прежде всего относятся восприятие и анализ сцен с движущимися объектами, логическое рассуждение, вывод и планирование деятельности, распознавание и понимание слитной речи. Подобные задачи можно эффективно решать только на параллельных компьютерах с очень высоким быстродействием. Кроме актуальной задачи создания перспективных архитектур таких компьютеров с применением новейших видов технологий изготовления микросхем, важной задачей является разработка параллельных алгоритмов и программ задач робототехники.
Уверенность в успешном решении в будущем этой важной задачи основана на существовании естественной интеллектуальной системы, какой является мозг человека, успешно справляющийся с большинством интеллектуальных задач, которые в настоящее время еще не “по зубам” современным вычислительным машинам.
4.3. Новые принципы организации вычислительных систем
Цена интегральных схем при росте их надежности постоянно снижается. Новые технологии, основанные на арсениде галлия и эффекте Джозефсона и новые принципы вычислений на оптических компьютерах, нейрокомпьютерах, биологических и молекулярных компьютерах будут иметь большое влияние на архитектуру будущих компьютеров.
При кремниевой технологии скорость переключения составляет несколько сотен ïèêîñåêóíä, переходом на арсенид галлия его можно увеличить на порядок. Еще один порядок дает переход на элементную базу, использующую эффект Джозефсона При этом объем схем уменьшится в 1000 раз. Вдобавок они станут âûäåëÿòü намного меньше тепла, чем полупроводниковые схемы. Недостатком же их является то, что они должны быть охлаждены до очень низкой температуры. Существование таких видов памяти, в сущности, приведет к качественному изменению в объеме решаемых задач.
К другим новшествам можно отнести оптические компьютеры. Они используют для своей работы не электроны, а фотоны. Скорость переноса информации многократно повышается и в пределе приближается к скорости света.
Еще одна идея связана с изучением нейронных сетей. Вначале казалось, что удается описать с помощью формальных процедур работу человеческого мозга, а затем полученные данные использовать для организации работы компьютеров. Но первоначальный оптимизм уменьшился, после того как столкнулись с огромными сложностями. В результате в конце 60-х ãîäîâ число ученых, посвятивших себя этим исследованиям, сильно óìåньшилось. Лишь значительно позже - в начале 80-х годов - вновь ожил интерес к нейронным сетям: во-первых, потому что новая СБИС-технология позволила легче и экономичнее peaëèçîâàòü модели этих сетей, а во-вторых, благодаря подключению к работе представителей многих смежных дисциплин.
Искусственную нейронную сеть образует множество процессоров, подобных “настоящим” нейронам, которые обучаются распределять информацию между собой и сравнивать получаемые на своих входах сигналы с теми, что хранятся в ïàìÿòè. Íейрокомпьютер уже перестал быть всего лишь научной идеей - уже производятся устройства, существенно повышающие возможности ЭВМ. Перспективным применением нейронной сети является управление производственными процессами и дополнение экспертных систем, которые оказываются неработоспособными, когда эксперт не сможет перевести свои знания в четкие правила. Нейронные сети помогут выявить скрытую информацию об этих знаниях благодаря наблюдению за поведением эксперта во время решения им своих профессиональных проблем.
Примером промышленно выпускаемого нейрокомпьютера является копроцессор ANZA для IBM PC/AT, который содержит 30 000 процессоров с 480 000 переключателями. Его основой служит MOTOROLA MC-68881 с RAM-памятью объемом 4Мбайт. В настоящее время в мире действует около 200 научных центров и производственных фирм, занимающихся исследованием и производством нейронных сетей.
Наконец, биочипы, или молекулярные компьютеры. Они построены из органических материалов, обычно в комбинации со схемами на базе кремния. Обработка информации на этих компьютерах сильно отличается от обработки информации на нынешних ЭВМ, поскольку она идет на молекулярном уровне. Молекулярные компьютеры стараются приблизиться к возможностям биологических систем (распознавание образов, самоорганизация, учение, параллелизм). Предполагается, что они будут способны создавать трехмерные миниатюрные схемы на основе протеиновых решеток, что позволит получить высокие скорости вычисления при малом потреблении энергии. Работающие сегодня биочипы способны определить некоторые химические вещества в растворе и трансформировать их концентрацию в электрические сигналы.
Последствия информатизации общества, как и последствия предшествовавших великих социотехнологических революций, будут различными для разных регионов, стран и народов. Свободное движение и производство информации и информационных услуг, неограниченный доступ к информации и использование ее для стремительного научно-технологического и социального прогресса, для научных инноваций, развития знаний, решения экологических и демографических проблем возможны лишь в свободных обществах, обществах демократических, обществах, признающих права человека и предоставляющих каждому индивиду возможности для свободы социальной и экономической инициативы и деятельности. Конечно, при этом нужно ясно понимать, что демократия, свобода и т. д. варьируются от одной социальной системы к другой. Тем не менее полный релятивизм в содержании этих понятий недопустим. Информатизация и медиатизация общества сами есть продукт определенной социально-экономической системы и плохо прививаются в отсутствие рыночной экономики, демократического общественного строя, гарантированного законом свободного доступа к любой информации, необходимой для жизнедеятельности и свободного развития человека. С этой точки зрения перспективы информации и медиатизации нашей страны выглядят на сегодняшний день совсем не так, как перспективы развитых стран Европы, Америки и Юго-Восточной Азии, и даже не так, как перспективы некоторых латиноамериканских стран. Несколько лет назад была одобрена обобщенная концепция информатизации российского общества. Однако эта концепция не содержит ни четких целей, ни ясных механизмов, которые позволили бы перейти нашему обществу на стадию информационного. Наша страна находится сейчас в затяжном социально-экономическом, политическом и духовном кризисе. Не существует какого-либо единого и эффективного подхода к радикальному изменению этой ситуации. Огромное число хороших начинаний, обозначаемых общим термином “перестройка”, уже “ушло в песок”. В сфере экономики и технологии результаты перестройки почти никак не ощущаются, точнее, ощущаются лишь в реальном ухудшении общего хода дел, снижении жизненного уровня, благосостояния, гигантского государственного долга и т. д. Вследствие этого намечается тенденция к росту пессимизма, социальной апатии и неверия в лучшее будущее. Было бы ошибкой думать, что эта тенденция является всеобъемлющей и абсолютной. В стране все еще есть силы, ориентированные на развитие демократии, на социальный и научно-технологический прогресс, силы, заинтересованные и способные реально улучшить ситуацию в стране.