Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Информационное управление




Как вы думаете, есть что-либо общее между губернатором (человеком, который управляет отдельной территорией страны) и киборгом? Да!

Нет, конечно, государственный чиновник и робот – не одно и тоже. Но их объединяет отношение к кибернетике. Название «кибернетика» происходит от греческого «кюбернетес», что первоначально означало «рулевой», «кормчий», но впоследствии стало обозначать и «правитель над людьми». Так, древнегреческий философ Платон в своих сочинениях в одних случаях называет кибернетикой искусство управления кораблем или колесницей, а в других — искусство править людьми. Примечательно, что римлянами слово «кюбернетес» было преобразовано в «губернатор».

Итак, управлять – значит влиять на ход какого-либо процесса или на состояние некоторого объекта и его положение в пространстве. Перед управляющей системой стоит цель, которая заключается в том, чтобы объект управления перешел во вполне определенное (желаемое) состояние, например:

Общие закономерности и проблемы управления, в том числе автоматического управления, изучаются в кибернетике. Существует большое количество различных определений понятия «кибернетика», однако все они в конечном счете сводятся к тому, что кибернетика – это наука, изучающая общие закономерности строения сложных систем управления и протекания в них процессов управления. А так как любые процессы управления связаны с принятием решений на основе получаемой информации, то кибернетику часто определяют еще и как науку об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в сложных управляющих системах.

Появление кибернетики как самостоятельного научного направления относят к 1948 году, когда американский ученый, профессор математики Массачусетского технологического института Норберт Винер (1894 – 1964) опубликовал книгу «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». В этой книге обобщены закономерности, относящиеся к системам управления различной природы – биологическим, техническим и социальным. Вопросы управления в социальных системах были более подробно рассмотрены им в книге «Кибернетика и общество», опубликованной в 1954 году.

Итак, одной из основных задач кибернетики является описание, объяснение поведения существующих систем (естественных, созданных природой и искусственных, созданных человеком) и на основе полученных знаний предсказание их поведения в новых условиях, а также создание новых систем, которые помогали бы человеку решать стоящие перед ним задачи. Многие из окружающих человека систем (да и сам человек) являются кибернетическими, т.е. управляемыми, такими, которые изменяют свое состояние под влиянием управляющих воздействий. Именно такие системы и изучаются в кибернетике, во многом являющейся предшественницей информатики.

Растения, животные, экосистемы, человек, общество – естественные кибернетические системы.

Компьютер, системы автоматического (без участия человека) управления, системы, допускающие автоматизированное управление (с участием человека), промышленные и исследовательские роботы, станки с числовым программным управлением, сложная бытовая техника – все это является искусственными кибернетическими системами, созданными человеком.

Создаются такие системы для того, чтобы оказывать помощь человеку в условиях, когда нужно действовать во вредных для здоровья человека условиях, когда нужно выполнять точные, монотонные действия, утомительные для человека, когда решения нужно принимать в условиях острого дефицита времени и т.п.

Пример. Станции радиолокационного слежения гораздо точнее, чем человек, могут контролировать воздушное пространство на границах страны.

Станки с числовым программным управлением могут без вмешательства человека выпускать сотни тысяч деталей в смену с требуемой точностью.

Компьютер может значительно быстрее и точнее, чем человек, обработать большие потоки данных, просчитать возможные варианты и определить, какие из них позволяют достичь цели с наименьшим риском и минимальными затратами ресурсов.

Создание кибернетических систем требует предварительного изучения естественных систем и разработки моделей их поведения, функционирования, развития. В истории известны многочисленные примеры создания устройств, имитирующих поведение животных и человека. Необходимость приспособления (адаптации) роботов к изменяющимся условиям внешней среды потребовала разработки для них органов чувств, аналогичных человеческим: слуха, зрения, осязания. Здесь конструкторы вынуждены были обратиться за консультацией к природе, создавшей у живых существ самые разнообразные органы чувств. Цель бионики (так называется эта сравнительно новая наука) — перенесение в технику принципов действия систем, управляющих живыми организмами.

Немного истории. Папирусы древности донесли до нас описания многих механизмов, подражающих движениям человека и животных. Легенды гласят, что тарентский философ и математик Архит в IV веке до н.э. смастерил деревянного голубя, который махал крыльями и мог даже взлетать; египетский фараон Птоломей Филадельфийский в III веке до н.э. заставил ремесленников изготовить куклу, подражающую движениям человека.

Известно, что около 800 лет назад монах из Кёльна Альберт фон Больштедт изготовил механического привратника. Он делал его больше тридцати лет. Как только открывалась дверь, «привратник» приветствовал входящего поднятой рукой и, одетый в ливрею, очень походил на живого человека.

Примерно в то же время другой монах и ученый – Роджер Бэкон – изготовил «говорящую» бронзовую голову и летающую железную птицу.

Леонардо да Винчи придумал и изготовил множество удивительных для своего времени машин, в частности сложную механическую модель льва, который мог шагать, останавливаться в нужном месте и выполнять ряд других действий.

В истории создания механических автоматов известен французский механик Жак Вакансон (XVIII век). Он построил механическую утку в натуральную величину, которая повторяла до мельчайших подробностей живой образец: щелкала клювом, плавала, брызгала водой, двигала крыльями, чистила и расправляла перья, крякала, вытягивала голову вверх, выклевывала из протянутой ладони зерна и глотала их, повторяя глотательные движения живой утки.

Имитация поведения животных и человека позволяет создавать и устройства, которых в природе до этого не было. Х. Гюйгенс, создав в XVII веке маятниковые часы, ввел в технику новый вид связи между управляющей системой и объектом управления. Правда, только через два с половиной столетия Е. Румер дал ей имя – «обратная связь». Именно обратная связь во многом стала основой автоматических систем.

Можно сказать, что эти мастера стояли у истоков таких научных дисциплин, как автоматика и автоматическое управление, кибернетика, программирование, а их изделия стали предшественниками современных роботов, то есть машин, способных выполнять человеческую работу или вести себя подобно человеку.

Идея создания механических человекоподобных существ имеет весьма почтенный возраст. В одном из древнегреческих мифов говорится о страже царя острова Крит Миноса — медном великане Талосе, созданном по образу и подобию человека. Известен античный миф о Пигмалионе, изваявшем статую и оживившем ее. Вспомните средневековые мечты о гомункулусе — искусственном человеке, сказания о глиняном великане Големе.

В начале прошлого века писательница Мэри Шелли написала роман «Франкенштейн». В романе Виктор Франкенштейн, гениальный ученый, создал из неживой материи живое существо, подобное человеку. Чудовище, поначалу желавшее людям добра, вышло из повиновения, и жестокий бесчеловечный мир сделал его преступником.

«Робот» — так назвал чешский писатель Карел Чапек в 1920 году придуманное им человекоподобное существо, персонаж пьесы «RUR» («Россумские универсальные роботы»). Один из героев пьесы, генеральный директор компании «РУР», отвечая на вопрос, что такое роботы, говорит: «Роботы — это не люди... они механически совершеннее нас, они обладают невероятно сильным интеллектом, но у них нет души». Так впервые появилось новое понятие «робот» (от чешского rabota – работа), которое вскоре из фантастической литературы перешло в науку и технику. В пьесе «РУР» роботы, первоначально созданные для замены людей на заводах, вскоре вышли из-под контроля людей и принялись уничтожать своих создателей. Так К. Чапек иллюстрирует мысль о том, что техника может приносить человечеству пользу только находясь в честных, добрых руках.

Робот – система, способная к целесообразному поведению в условиях изменяющейся внешней обстановки. Симбиоз искусственного интеллекта и механики. Его ядром является компьютер либо группа компьютеров, управляющая внешними устройствами – развитыми органами, предназначенными для пространственного и углового перемещения деталей, инструментов либо собственного перемещения. Для выполнения своих функций робот обрабатывает информацию, даваемую его датчиками (искусственные органы зрения, слуха, сенсорные устройства).

С развитием робототехники появились различные разновидности роботов: с жесткой программой действий; управляемые человеком-оператором; снабженные искусственным интеллектом, действующие целенаправленно («разумно») без вмешательства человека.

С 30-х годов ХХ века в связи с автоматизацией производства роботы-автоматы стали применять в промышленности, особенно в цехах с вредными условиями труда. Промышленные роботы-автоматы имеют преимущество перед человеком в скорости и точности выполнения ручных однообразных операций. Наиболее распространены роботы-манипуляторы с дистанционным управлением и «механической рукой», закрепленной на подвижном или неподвижном основании. Оператор управляет движением «руки», одновременно наблюдая ее непосредственно либо на телевизионном экране; в последнем случае робот снабжается «телевизионным глазом» — передающей телевизионной камерой. Часто роботы оснащают обучающейся автоматической системой управления. Если такому роботу «показывают» последовательность операций, то система управления фиксирует ее в виде программы управления и затем точно воспроизводит при работе. Роботы-манипуляторы используют для работы в условиях относительной недоступности либо в опасных, вредных для человека условиях, например в атомной промышленности, где они применяются с 50-х годов ХХ века. В 60-х годах появились подводные роботы-манипуляторы разнообразных конструкций и назначения: от глубоководных управляемых аппаратов с «механическими руками» (в частности, для захвата образцов породы со дна моря и т.д.) и ползающих по морскому дну платформ с исследовательской аппаратурой до подводных бульдозеров и буровых установок.

В конце 60-х годов в робототехнике возникло новое научное направление, связанное с созданием интеллектуальных роботов. Они имеют датчики «чувств» (сенсорную систему), воспринимающие информацию об окружающей обстановке, устройство обработки полученной информации (искусственный интеллект) — специализированную ЭВМ с набором программ — и исполнительные механизмы (моторную систему). Действия интеллектуального робота обладают некоторыми признаками человеческого поведения: датчики собирают информацию о предметах окружающего мира, их свойствах и взаимодействии; на основе этих данных искусственный интеллект формирует модель внешнего окружения и принимает решение о последовательности действий робота, которые реализуются исполнительными механизмами.

Первые роботы-андроиды, имитировавшие движения и внешний облик человека, использовались преимущественно в развлекательных целях.

В настоящее время во многих странах вновь возрос интерес к андроидам – прототипам гуманоидных роботов с зачатками искусственного интеллекта.

Пример. Андроид Sony SDR-4X. Рост – 58 см. Вес – 6,5 кг. Максимальная скорость – 20 м/мин.

Система адаптивного контроля в реальном времени обеспечивает оперативное управление всеми 28 «суставами» робота на основании сигналов, поступающих от многочисленных датчиков.

Это обеспечивает гибкую пластику, позволяющую роботу передвигаться, танцевать и не терять равновесия даже на неровной поверхности. Функцию глаз выполняют две видеокамеры, благодаря чему удалось реализовать стереоскопическое «зрение» (как у человека) — робот может не только воспринимать очертания объекта, но и способен оценить расстояние до него.

Получение «трехмерного» изображения нужно андроидам для того, чтобы успешно обходить препятствия, заранее просчитывая оптимальный маршрут, и узнавать людей по чертам лица. Андроид Sony способен выделять из общего фона лица людей, а в его памяти может храниться до десяти образов различных лиц.

Имеется слуховая система, состоящая из семи микрофонов, а также генератор речи. Благодаря этому андроид SDR-4X способен ориентироваться по источнику звука и распознавать голоса разных людей.

Голосовой генератор робота позволяет ему петь и произносить слова (лексикон включает 60 тыс. слов).

«Мозг» робота SDR-4X базируется на паре 64-разрядных RISC-процессоров. Плюс два модуля DRAM-памяти по 64 Мбайт.

Управляющая работой SDR-4X операционная система реального времени Sony Aperios записывается на 16-мегабайтную флэш-карту формата Memory Stick.

Пример. Андроид. Honda ASIMO выглядит именно так, как принято описывать андроидов в научно-фантастических романах.

Его рост около 120 см, вес – 43 кг.

Управляющий работой робота высокопроизводительный четырехпроцессорный компьютер размещается внутри массивного углепластикового «ранца»; там же находятся аккумуляторы, заряда которых хватает на 25 минут активной работы андроида. При этом робот обладает недюжинной силой: в каждой руке он может легко нести груз массой до 9 кг.

На ровной поверхности развивает скорость 2 км/ч.

Андроид Honda ASIMO уверенно ходит по ступенькам.

Он не только распознает до 50 голосовых команд и 30 жестов, но и адекватно реагирует на них.

Основная задача робота — реагировать на просьбы людей и оказывать им помощь, например переносить грузы.

Робот — помощник человека, но слепо доверяться ему нельзя. Те промышленные роботы, которые сейчас трудятся на заводах и фабриках, пока еще недостаточно сообразительны. Представим, что на линии сборки автомобилей случается какой-нибудь «перекос». Автоматы этой ошибки не замечают. Их настроили на то, чтобы сверлить отверстия в дверце, а они сверлят теперь в баке для горючего. Неправильная установка изделия их не волнует. Кроме того, иногда в их электронном блоке происходит какой-нибудь сбой, и тогда автомат в «слепой ярости» начинает колотить своей мощной стальной лапой по чему попало (так случилось недавно в Японии, когда роботом был убит рабочий).

Робот, скажем, как и автомобиль или самолет, является объектом повышенной опасности. Поэтому для большей гарантии безопасности человека, взаимодействующего с роботом, желательно, чтобы в программу поведения робота была заложена определенная осмотрительность, забота о безопасности человека.

Говоря о взаимодействии человека и робота, уместно вспомнить о трех законах системы «человек — робот», сформулированных американским писателем фантастом и ученым А. Азимовым:

1. Робот не должен своим действием или бездействием причинять вред человеку.
2. Робот должен повиноваться командам, которые ему дает человек, кроме тех случаев, когда эти команды противоречат первому закону.
3. Робот должен заботиться о своей безопасности, поскольку это не противоречит первому и второму законам.

Эти законы, по мысли Азимова, должны полностью гарантировать безопасность человека в системе «человек — робот». Создать роботов, для которых эти законы были бы непреложны, наша задача.

Искусственный интеллект – такой результат работы компьютера, который сочли бы разумным, если бы он был произведен человеком.

Современные андроиды способны в соответствии с заложенными в них настраиваемыми и «самообучающимися» (адаптивными) программами умеют ходить вперед-назад на двух ногах, танцевать, следить за работой бытовых приборов, разговаривать – задавать вопросы и отвечать на них, распознавать голоса, ориентироваться в пространстве, осязать, различать запахи и т.п. Конечно же, это только первые попытки создания искусственного разума, то есть технической системы, способной обнаруживать свойства, аналогичные разумному мышлению и поведению человека. В отличие от систем искусственного интеллекта, такие системы не только оперируют готовыми знаниями, но и способны создавать новые знания.

И в основе всех автоматических устройств – кибернетических систем, в том числе и компьютера и систем искусственного интеллекта – лежат моделирование, передача и обработка информации и управление.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...