книги из ГПНТБ / Сочивко В.П. Человек и автомат в гидросфере очерки системотехники

Как ни велика роль датчиков автоматической системы, структурно и функционально в достаточно сложном авто­ мате доминирует совокупность устройств, обеспечивающих управление. Полная автоматизация функций управления,

как стационарными, так и мобильными системами, пере­ мещающимися в пространстве.

Широкий класс автоматов составляют устройства, функционирующие с участием человека. В ряде случаев

Рис. 33. Подводный аппарат с дистанционным управлением.

1 — шар гайдропа; 2 — гайдропиая лебедка; 3 — кормовая ртутная цистерна; 4 — двнжнтельный комплекс горизонтального хода; 5 — гребной двигатель вертикального хода; 6 — носовая ртутная цистерна; 7 — мягкая цистерна уравнительной системы; 8 — манипулятор; 9 — контейнер.

это участие ограничивается дистанционным управлением и телеконтролем за поведением автомата. Система такого рода показана на рис. 33. Информационные связи чело­ века-оператора и автомата осуществляются обычным обра­ зом. Сигналы управления от человека к автомату посы­ лаются нажатием кнопок, клавишей, перемещением пе­ далей, вращением штурвалов и т. д. Информация от авто­ мата к человеку поступает в виде сигналов включения табло, цифровой индикации, телевизионного изображе­ ния и др.

Другой класс образуют автоматы, трансформирующие моторную деятельность человека. Проект одной из таких систем иллюстрирует рис. 34. На нем изображен батиандр [26], манипуляторы которого воспроизводят движения рук

и туловища человека можно получить с помощью датчиков, регистрирующих биопотенциалы мышечной активности. Только за счет соответствующих изменений знака и вели­ чин коэффициентов усиления возможно уменьшение (в микроманипуляторах), точное воспроизведение (в ма­ нипуляторах) или увеличение и усиление (в макромани-

Рис. 34. Батиандр, механические руки которого воспроизводят мани» пуляции рук человека-оператора.

1 — входной люк; 2 — приборный щит; 3 — баллоны с кислородом; 4 — бати­ сфера; 5 — клешни; 6 — энергетический блок; 7 — аварийный аккумулятор; 8 — осветительная фара; 9 — механические руки; 10 — антенна гидролока­

тора кругового обзора.

пуляторах) отдельных или всех фрагментов движений че­ ловека-оператора.

В современных автоматизированных системах заметна тенденция многофункционального использования отдель­ ных звеньев. Например, единая бортовая вычислительная машина может обеспечить решение как основных задач, так и частных логических и вычислительных задач для специализированных цифровых устройств обработки ин­ формации.

В настоящее время достаточно мощные электронновычислительные машины устанавливаются не только на больших судах, где они решают сложные задачи управле-

98

имя силовыми, энергетическими и другими установками системы комплексной автоматизации судна, но и на отно­ сительно малых судах. Например, на американском ба­ тискафе «Триест-2» установлена специальная элект­ ронно-вычислительная машина, обеспечивающая точное управление движением аппарата при обследовании морского дна с навигационной ошибкой, не превышаю­

щей 3 м.

Многообразие используемых автоматов затрудняет четкую классификацию их по какому-либо из признаков. Исключение составляет, пожалуй, признак, определяющий поведение системы. Проводя аналогию с поведением орга­ нических систем, можно классифицировать технические автоматизированные системы следующим образом. Раз­ личают:

1) систему со стереотипным поведением (их поведение соответствует таксисам1 и безусловным рефлексам орга­ нических систем);

2)обучающиеся системы (их поведение соответствует классическим условным рефлексам органических систем, обучению по методу проб и ошибок);

3)системы искусственного интеллекта (критерии соот­

ветствия здесь очень приблизительны, как это будет по­ казано в параграфе, специально посвященном данному

классу систем).

Возможна и другая классификация типов поведения, например учитывающая возможности самоорганизации, предвидения, особенности выработки и принятия реше­

ния и т. д.

Кибернетикой достигнуты значительные теоретические и практические успехи. Даже в тех случаях, когда теория не позволяет сформулировать алгоритм сложного поведе­ ния автомата в изменяющейся обстановке, часто удается найти практическое решение задачи. Одним из путей поиска решений является так называемое эвристическое программирование, под которым понимается составление программ для электронно-вычислительных машин, осно­ ванное на предварительном изучении прецедентов реше­ ния рассматриваемой задачи, например органическими

1 Таксисы — движения подвижных простейших организмов, яв­ ляющиеся реакцией на определенные раздражения и направленные к источнику раздражения (положительный таксис) или в обратную от него сторону (отрицательный таксис). По виду источника раздражения различают, фототаксис, хемотаксис и др.

воляет контролировать перемещение робота по дну и про­ цесс манипулирования «рукой». В верхней части автомата расположен полусферический сканирующий гидролокатор, который служит дополнением к телекамерам и позволяет обнаруживать препятствия, получать представление об окружающем рельефе на значительном расстоянии. Авто­ мат связан с надводным судном питающим кабелем. По этому же кабелю обеспечивается двусторонняя связь

Рис. 35. Самоходный подводный робот «Рум».

автомата с человеком-оператором, находящимся на-борту судна.

Фирмой «Рейнольдс Интернейшенел» в 1964 г. по­ строена специальная подводная лодка «Алюминот». Управ­ ление лодкой осуществляет один человек с помощью авто­ матической системы. Лодка снабжена универсальным ма­ нипулятором для работы на дне моря и комплектом съем­ ных инструментов, вставляемых в манипулятор.

Манипуляторами вооружены подводные аппараты-типа «Дипстар» (рис. 36). Французский Институт нефти рас­ полагает телеуправляемым подводным аппаратом «Теле­ нот», который предназначен для наблюдения, киносъемки- и осуществления телеманипуляций [56]. Аппарат «Теле­ нот» является относительно сложной системой, состоящей из надводной кабины управления и контроля и собственно подводного аппарата «Теленот», имеющего благодаря поплавкам, нулевой вес. Надводная и подводная части соединены многожильным кабелем, с помощью которого

101;

осуществляется как снабжение энергией, так и постоянная связь между командным пунктом управления и подводной частью системы.

Движение подводного аппарата происходит при по­ мощи трех винтов, два из которых обеспечивают переме­ щение в горизонтальной плоскости и один — в вертикаль­ ной (погружение и подъем аппарата). В систему входит навигационная аппаратура, аппаратура телепередачи дан-

Рис. 36. Манипулятор подводного аппарата «Днпстар».

ных на поверхность, телеиндикаторы давления, фикси­ рующие глубину погружения аппарата, и ультразвуко­ вые глубиномеры, определяющие расстояние аппарата от дна. Глубиномер связан с системой управления работой винтов таким образом, что обеспечивается поддержание постоянного расстояния аппарата от морского дна. Теле­ управляемый манипулятор состоит из опорного рычага, исполнительного органа, захватного устройства и трех домкратов, управление которыми производится с помощью сервомеханизмов. Манипулятор рассчитан на осуществле­ ние простых операций (перемещение грузов, захват пред­ метов со дна и т. п.). Грузоподъемность манипулятора составляет 50 кгс. Усилие сжатия захватного устройства регулируется в пределах от 5 до 90 кгс.

В «Теленоте» предусмотрено применение ультразвуко­ вой системы для обнаружения объектов, находящихся вне

102

радиуса действия телевизионной системы, а также для точ­ ной ориентации аппарата относительно надводного судна и морского дна при погружении.

Оригинальные разработки подводных автоматов про­ водит Лаборатория техники подводных исследований Института океанологии АН СССР, в которой создан под­ водный манипулятор «Краб», вооруженный телевизион­ ным устройством наблюдения. Характеристика ряда ди­ станционно управляемых подводных автоматов и автоном­ ного автомата «Аида» дана в табл. 3.

Было бы неправильно утверждать, что все проблемы автоматического манипулирования уже решены. Как говорилось выше, современные манипуляторы не способны полностью заменить руки человека. Вместе с тем основ­ ные операции манипулирования, такие, как захват твер­ дых объектов, ориентация их в пространстве, установка деталей на определенное место, уже выполняются дей­ ствующими автоматами. На очереди повышение гибкости манипуляторов.

Большой интерес вызывают программы исследований, направленные на создание так называемых киборгов — кибернетических организмов (этот термин ввели амери­ канские инженеры Р. Макгоуэн и П. Оверхаге). Киборг — это техническая система, поведение которой программи­ руется непосредственно мозгом человека-оператора, при­ чем команды управления, формируемые мозгом, должны восприниматься киборгом, минуя промежуточное их пре­ образование в форму словесных или моторных воздействий. Таким образом, киборги знаменуют эру появления авто­ матов, угадывающих желания, в то время как автоматы предыдущего поколения только исполняли их. Уместно отметить, что впервые конструктивные идеи такого рода устройств были высказаны Л. Л. Мясниковым Т На воз­ можность и необходимость создания подобных систем неоднократно указывал академик И. И. Артоболевский, который считает, что наибольшие резервы ускорения всех производственных процессов заключены в возможности передачи машине мысленных распоряжений.

В настоящее время ведутся разработки специальных устройств, получивших название экзоскелетонов (внешние скелеты) [28]. Устройства такого рода, не стесняя дви-1

1 Л. Л. М я с н к к о в. Говорящие, читающие и слушающие авто маты. М., «Знание», 1957.

103

* Усовершенствованный проект «Мермут-3» обеспечивает глубину погружения автомата 360 м.

жений оператора, должны обеспечить возможность мани­ пулирования с предметами большого веса. Шарнирные соединения системы компактны, просты, легки и надежны. Каждое из соединений снабжено одним или несколькими сервоприводами. Управление последними осуществляется биосигналами, генерируемыми соответствующими мыш­ цами, участвующими в выполнении определенных дви­ жений. Движения оператора, облаченного в экзоскелетон, должны соответствовать естественным движениям чело­ века, выполняющего подобные операции. Система, имею­ щая около 50 шарнирных соединений различного назна­ чения, крепится к телу человека с помощью ремней, кото­ рые, во-первых, заставляют элементы системы повторять движения оператора и, во-вторых, оказывают оператору помощь в координации движений. Одно из таких устройств недавно продемонстрировано американской фирмой «Дженерал моторе».

В настоящее время трудно более полно охарактеризо­ вать возможности современных автоматов в решении задач, возникающих в гидросфере. Практические разра­ ботки ведутся различными организациями с использова­ нием разных принципов построения. Каждая из таких разработок направлена на решение узкой, строго опреде­ ленной задачи. Общее количество имеющихся реализаций все еще так мало, что сравнительный анализ не позволяет выявить общие принципы построения таких автоматов или принципы их классификации и унификации.

§ 9.

Искусственный интеллект

•

Нет причин предполагать, что неживые механизмы не спо­ собны превзойти мозг в совершенстве своих действий. Обраще­ ние сегодня к мистическому толкованию мозга отличает шар­ латана или, может быть, невежду.

У. Р. Эшби

Уже в первых фундаментальных работах по кибер­ нетике неоднократно высказывалась мысль о том, что информационная деятельность автомата может как угодно близко подойти к тому, что мы называем интеллектуальной деятельностью. Так, А. Тьюринг в известной работе «Может ли машина мыслить?» пишет: «Можно ожидать,

105

что маійнны в конце концов будут соперничать с человеком во всбх чисто интеллектуальных сферах деятельности». Ученый и фантаст Артур Кларк, построив своеобразную шкалу наиболее выдающихся открытий и изобретений, отмечает на этой шкале 2080 г. как год создания машин­ ного разума, превосходящего человеческий.

Если обратиться к сегодняшнему дню, то можно отме­ тить следующее.

С одной стороны, многие серьезные специалисты, рабо­ тающие в области теории автоматического управления, признают острую необходимость проведения широких работ по проблеме «искусственный интеллект». Есте­ ственно, что эти ученые считают программу такого рода работ вполне выполнимой. С другой стороны, существует лагерь явных и скрытых противников этого направления работ, причем, к сожалению, в их число входит ряд достаточно авторитетных ученых.

Работы данного плана потребовали привлечения прин­ ципиально новых для техники автоматического управле­ ния методов, что не могло не вызвать сопротивления со стороны сторонников традиционных методов. Примером может служить введение в теорию автоматического регули­ рования и управления и широкая пропаганда известной московской школой кибернетиков под руководством про­ фессора Л. Т. Кузина новых методов анализа и синтеза систем автоматического управления. Эти методы пошат­ нули считавшийся ранее прочным фундамент классической теории автоматического регулирования и управления, основанный на математическом аппарате дифференциаль­ ных уравнений. И хотя скоро стало ясно, что классический аппарат дифференциальных уравнений не устраняется, а дополняется, дискуссии по этому поводу все еще про­ должаются.

Наибольшей сложностью проблемы «искусственный интеллект» является то, что для ее решения нужны спе­ циалисты, каждый из которых обладает глубокими и раз­ носторонними знаниями в таких областях, как психология, нейрофизиология, психолингвистика, математика, тех­ ника и ряд других. В настоящее время резонно ставится под сомнение возможность такого рода энциклопедиче­ ских познаний у одного человека. Необходимо отметить, что у всех исследователей проблемы «искусственный интел­ лект» понимание этой проблемы и ее основное содержание сформировались чисто интуитивно. Сегодня не определены

106