Робототехника и искусственный интелект

Управление образования администрации Калининского муниципального района

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования

«Дом детского творчества г. Калининска Саратовской области»

«Робототехника

и искусственный интеллект»

Автор:

Петрова Оксана Николаевна,

педагог дополнительного образования

МБУ ДО «Дом детского творчества

г. Калининска Саратовской области»

2022 г.

Содержание:

1. Введение

Актуальность создания искусственного интеллекта в настоящее время связана со сложностью проблем, которые приходится решать современному человечеству. К таким проблемам можно отнести освоение космоса, прогнозирование природных катаклизмов и антропогенного воздействия на окружающую среду, создание сложнейших инженерных проектов, использование современной техники в медицине и многие научные исследования. Технологии искусственного интеллекта (ИИ) всегда были тесно связаны с робототехникой. Не случайно одним из направлений ИИ до сих пор считается целенаправленное поведение роботов.

Положительная стороной искусственного интеллекта, совместно с роботостроением является его применение в сфере услуг, а особенно социальных. Искусственный интеллект, в теле высокотехнологичного робота, наделённый человеком высокоморальными принципами, лучше любого из людей позаботится о пожилых людях или о маленьких детях.

Человечеству, при данных темпах развития технологий и увеличения объёмов информации, необходим помощник и не просто помощник, а разумный союзник, товарищ и друг. В роли которого должен выступить искусственный интеллект.

Умножить в уме два многозначных числа или запомнить несколько телефонных номеров для человека трудно. С другой стороны, понять смысл предложения, несмотря на грамматические ошибки, уловить, где оканчивается по смыслу определенный кусок информации, или узнать человека, с которым не встречался 20 лет, для нас - это не сложно. Компьютер же в большинстве случаев подобные задачи выполнить не может. Там, где речь идет о распознавании оптических или акустических образов, способности самостоятельного обучения, воспоминания по ассоциациям, даже самые современные компьютеры не могут составить конкуренцию мозгу человека.

1.1 История развития робототехники и искусственного интеллекта

История робототехники уходит в глубокую древность. Уже в те времена появились идеи создания технических средств, похожих на человека, и были предприняты первые попытки по их созданию. Первые механизмы, выполняющие простейшие движения, встречаются еще в античных временах. Однако первые сохранившиеся чертежи и записи о действующем роботе датируются 1495 годом. Их создал всемирно известный изобретатель, ученый Леонардо Да Винчи, который создал железного рыцаря, способного двигать руками и ногами. Краткая история робототехники позволяет понять нам, насколько стремительно развивается данная область. Прошло всего лишь немного больше 50 лет с момента появления первого робота, способного выполнять несколько простейших движений, до массового производства самых разнообразных роботизированных механизмов и машин. Кроме этого, уже сегодня существует огромное разнообразие бытовых роботов, позволяющих существенно упростить повседневную жизнь простых людей.

История искусственного интеллекта как нового научного направления начинается в середине XX века. С самого момента своего рождения ИИ развивается как междисциплинарное направление, взаимодействующее с информатикой и кибернетикой, когнитивными науками, логикой и математикой, лингвистикой и психологией, биологией и медициной. Формирование искусственного интеллекта как науки произошло в 1956 году. Д. Маккарти, М. Минский, К. Шеннон и Н. Рочестер организовали двухмесячный семинар в Дартмуте для американских исследователей, занимающихся теорией автоматов, нейронными сетями, интеллектом. Хотя исследования в этой области уже активно велись, но именно на этом семинаре появились термин и отдельная наука – искусственный интеллект. Одним из основателей теории искусственного интеллекта считается известный английский ученый Алан Тьюринг, который в 1950 году опубликовал статью «Вычислительные машины и разум» (переведенную на русский язык под названием «Может ли машина мыслить?»). Именно в ней описывался ставший классическим «тест Тьюринга», позволяющий оценить «интеллектуальность» компьютера по его способности к осмысленному диалогу с человеком. Первые нейросети были созданы в конце 50-х гг. Это были попытки создать системы, моделирующие человеческий глаз и его взаимодействие с мозгом. Устройство, созданное ими, получило название перцептрона.

II. Основная часть

2.1. Робототехника и ее перспективы развития.

Робототе́хника (от робот и техника; англ. robotics) — прикладная наука, занимающаяся разработкой автоматизированных технических систем (роботов). Термин введён писателем-фантастом Айзеком Азимовым в 1942 году. Робототехника требует большого запаса знаний в области электроники, механики, программного обеспечения и многих других дисциплин.

Ро́бот (чеш. robot, от robota — подневольный труд или rob — раб) — автоматическое устройство, созданное по принципу живого организма. Действуя по заранее заложенной программе и получая информацию о внешнем мире от датчиков(аналогов органов чувств живых организмов), робот самостоятельно осуществляет производственные и иные операции, обычно выполняемые человеком (либо животными). При этом робот может как и иметь связь с оператором(получать от него команды), так и действовать автономно.

Виды робототехники

строительная промышленная авиационная военная бытовая

По типу управления робототехнические системы подразделяются на:

1. Биотехнические: - командные (кнопочное и рычажное управление отдельными звеньями робота); - копирующие (повтор движения человека, возможна реализация обратной связи, передающей прилагаемое усилие, экзоскелеты); - полуавтоматические (управление одним командным органом, например, рукояткой всей кинематической схемой робота);

2. Автоматические: - программные (функционируют по заранее заданной программе, в основном предназначены для решения однообразных задач в неизменных условиях окружения); - адаптивные (решают типовые задачи, но адаптируются под условия функционирования); - интеллектуальные (наиболее развитые автоматические системы);

3. Интерактивные: - автоматизированные (возможно чередование автоматических и биотехнических режимов); - супервизорные (автоматические системы, в которых человек выполняет только целеуказательные функции); - диалоговые (робот участвует в диалоге с человеком по выбору стратегии поведения, при этом как правило робот оснащается экспертной системой, способной прогнозировать результаты манипуляций и дающей советы по выбору цели).

В развитии методов управления роботами огромное значение имеет развитие технической кибернетики и теории автоматического управления.

3 закона робототехники:

1)Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред.

2)Робот должен повиноваться всем приказам, которые дает человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому Закону.

3)Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому и Второму Законам.

Работы в области искусственного интеллекта рассматривают Законы робототехники как идеал будущего: нужно быть действительно гением, чтобы найти способ применить их на практике. Да и в самой области искусственного интеллекта могут потребоваться серьёзные исследования, для того чтобы роботы поняли Законы. Однако, чем более сложными становятся роботы, тем больше высказывается заинтересованности в разработке руководящих принципов и мер безопасности для них.

Прогресс в робототехнике весьма нагляден, поэтому в ближайшие десять лет можно ожидать следующие события:

1. Появление и начало массового внедрения роботизированного транспорта, т. е. транспорта без человека-водителя. Этот процесс идет не так быстро, как хотелось бы, но через десятилетие он достигнет той черты, когда будет окончательно принят обществом в развитых странах.

2. В области военной робототехники беспилотная авиация (БПЛА) продолжит вытеснять летчиков из ВВС. Скорее всего, соотношение летательных аппаратов будет стремиться к соотношению 80:20 в пользу беспилотников. Аналогично будет нарастать замена военнослужащих роботами и во всех других видах вооруженных сил.

3. Сформируется устойчивый рынок сервисных роботов, в первую очередь домашних, на которых лягут такие функции, как уборка и охрана жилища, присмотр за детьми, приготовление пищи и организация досуга членов семьи. Следует ожидать появления всевозможных роботов-сиделок, обучающих роботов. В этом направлении существует колоссальное количество разработок, и, я думаю, в ближайшие 5-10 лет практически каждая семья обзаведется хотя бы одним сервисным роботом того или иного типа.

2.2. Влияние развития робототехники на жизнь человека

Для начала рассмотрим плюсы использования роботов. Самым значимым преимуществом автоматических устройств является то, что они исключают из процесса производства человеческий фактор. Робот не ошибается, ему не нужен отдых, перерыв на обед и т.д. Таким образом, производительность роботизированного устройства, точность работы на несколько порядков выше, чем у человека. Автоматизированный комплекс может работать в условиях, которые могут быть опасными для здоровья человека. В результате этого, работодатель освобождается от необходимости осуществлять рабочему выплаты за вредное производство и вообще там, где присутствуют роботизированные устройства, можно вовсе обойтись без персонала. 

Несмотря на указанные выше преимущества, роботизированные комплексы имеют и недостатки. Самым значимым недостатком является то, что подобное оборудование целесообразно применять только в условиях массового или серийного производства, если серия изделий значительна. Кроме этого, к минусам можно отнести и то, что любой роботизированный комплекс - это довольно сложное оборудование, которое требует постоянной наладки и периодического ремонта. Соответственно, если на производстве имеется данное оборудование, то приходится держать в штате сотрудников специалиста робототехника, работа которого стоит дорого.

2.3. Виды роботов

Существует огромное количество различных типов роботов, предназначенных для разных целей и отличающихся друг от друга не только целями и задачами, но и самими принципами их архитектуры.

Однако можно условно разделить на разновидности роботов.

• Промышленные роботы

Данный тип роботов находит свое применение, главным образом, на промышленных производствах и в научных лабораториях.

Чаще всего под понятием «Промышленный робот» подразумевается системапредназначенная для выполнения операций, связанных с перемещениями различных предметов.

Манипулятор промышленного робота в зависимости от его задач имеет от двух до шести степеней свободы и может перемещать грузы весом до нескольких центнеров в радиусе нескольких метров.

Чаще всего промышленные роботы используются для перемещения и сортировки различной продукции (в том числе крупногабаритных грузов), в качестве сварщиков и для покраски.

Использование данного типа роботов удобно для многих отраслей промышленного производства, поскольку позволяет добиться роста производительности труда при сохранении высокого качества продукции и дает возможность быстро приспосабливаться к изменениям объектов производства и потребительского рынка. Именно поэтому с каждым годом растет число предприятий, производственные линии которых укомплектованы роботами.

Основными потребителями в области промышленной робототехники является автомобильная и электронная промышленность.

• Бытовые роботы

Предназначены для помощи человеку в повседневной жизни. Сейчас бытовые роботы не слишком распространены, однако есть все основания предполагать широкое их распространение в ближайшем будущем.

На данном этапе бытовые роботы - чаще всего предназначены для развлекательных целей, но всё большую популярность набирают роботы-уборщики, по своей сути - автоматические пылесосы, способные самостоятельно прибраться в квартире и вернуться на место для подзарядки без участия человека.

Роботы для медицины становятся неотъемлемой частью современных клиник. Хирургическая система daVinci компании IntuitiveSurgical представляет собой прецизионный манипулятор для врачей. Она стоит чуть больше 1 млн долл. и может просверлить кость или произвести надрез. Эта система точно управляет своими движениями и «видит» трехмерное изображение, что помогает сделать хирургическую операцию гораздо менее болезненной. А это, в свою очередь, способствует скорейшему выздоровлению, облегчая и удешевляя процесс лечения. Сегодня в клиниках применяется 192 системы daVinci.

• Андроиды

Андроид - это человекоподобный робот. Именно этот тип роботов наиболее широко распространен в научной фантастике и кинематографе.

Роботы для игр и развлечений появились не так давно, но уже успели стать популярными. В 2000 году корпорация Sony создала нового поколения роботов-собак AIBO. К умению прыгать, бегать, вилять хвостиком, катать мячик и демонстрировать различные чувства - от страха до щенячьей радости, четвероногий робот добавил способность реагировать на кличку, которую присваивает ему хозяин, подавать лапу, садиться и бежать вперед. За десять лет AIBO завоевал мировую популярность и стал одним из брэндов компании SONY. К сожалению, сегодня из-за финансовых проблем разработка новых моделей AIBO прекращена, а вскоре намечено и вовсе полное прекращение производства этих роботов.

Южнокорейская компания Dasatech разработала роботизированную собаку Genibo, продажи которой планируется начать в ближайшее время. Корейскийробопес умеет распознавать голосовые команды и понимает около сотни слов.

2.4. Искусственный интеллект (ИИ)

Intellectus (от лат. познание, понимание, рассудок) – способность мышления, рационального познания

Иску́сственный интелле́кт  (ИИ, англ. Artificialintelligence, AI) — наука и технология создания интеллектуальных машин, особенно интеллектуальных компьютерных программ. Под искусственным интеллектом понимаются методы работы с информацией, основанные на оперативном использовании знаний. Дальнейшая перспектива – это техническое освоение неформализуемых творческих способностей человека – креативности и дополнение ими методов искусственного интеллекта, т.е. создание«искусственного разума». Это означает полноценное воспроизведение в конкретных прикладных областях умственных способностей человека, реализуемых двумя полушариями головного мозга – левым, где сосредоточено логическое мышление, и правым, ответственным за творческие способности человека.

В информатике проблемы искусственного интеллекта рассматриваются с позиций проектирования экспертных систем и баз знаний. Под базами знаний понимается совокупность данных и правил вывода, допускающих логический вывод и осмысленную обработку информации. В целом исследования проблем искусственного интеллекта в информатике направлено на создание, развитие и эксплуатацию интеллектуальных информационных систем, включая вопросы подготовки пользователей и разработчиков таких систем

Можно выделить два направления развития ИИ:

• решение проблем, связанных с приближением специализированных систем ИИ к возможностям человека, и их интеграции, которая реализована природой человека;

• создание искусственного разума, представляющего интеграцию уже созданных систем ИИ в единую систему, способную решать проблемы человечества.

Системы интеллектуального управления, конечно, существенно расширяют возможности роботов в отношении освоения все более сложных операций. Однако и интеллектуальный робот все равно требует постоянного надзора со стороны человека особенно в связи с возможностью возникновения нештатных и аварийных ситуаций. Он не может достаточно длительное время функционировать автономно в нестационарной среде, поскольку все его действия строго формализованы, а в этих условиях обязательно требуется интуиция, творческий подход.

Таким образом, переход от искусственного интеллекта к искусственному разуму означает качественно новый этап в робототехнике, создание нового поколения роботов – роботов разумных, в которых интеллект сочетается с креативностью.

2.5. Современный искусственный интеллект

В настоящий момент в создании искусственного интеллекта наблюдается интенсивное перемалывание всех предметных областей, имеющих хоть какое-то отношение к ИИ, в базы знаний. Практически все подходы были опробованы, но к возникновению искусственного разума ни одна исследовательская группа так и не подошла.

Исследования ИИ влились в общий поток технологий сингулярности (видового скачка, экспотенциального развития человека), таких как информатика, экспертные системы, нанотехнология, молекулярная биоэлектроника, теоретическая биология, квантовая теория.

Результаты разработок в области ИИ вошли в высшее и среднее образование Казахстан в форме учебников информатики, где теперь изучаются вопросы работы и создания баз знаний, экспертных систем на базе персональных компьютеров на основе отечественных систем логического программирования, а также изучения фундаментальных вопросов математики и информатики на примерах работы с моделями баз знаний и экспертных систем в школах и вузах.

2.6. Направления и применение искусственного интеллекта

Доказательство теорем. Изучение приемов доказательства теорем сыграло важную роль в развитии искусственного интеллекта. Много неформальных задач, например, медицинская диагностика, применяют при решении методические подходы, которые использовались при автоматизации доказательства теорем. Поиск доказательства математической теоремы требует не только провести дедукцию, исходя из гипотез, но также создать интуитивные предположения о том, какие промежуточные утверждение следует доказать для общего доказательства основной теоремы.

Распознавание изображений. Применение искусственного интеллекта для распознавании образов позволила создавать практически работающие системы идентификации графических объектов на основе аналогичных признаков. В качестве признаков могут рассматриваться любые характеристики объектов, подлежащих распознаванию. Признаки должны быть инвариантны к ориентации, размера и формы объектов. Алфавит признаков формируется разработчиком системы. Качество распознавания во многом зависит от того, насколько удачно сложившийся алфавит признаков. Распознавания состоит в априорном получении вектора признаков для выделенного на изображении отдельного объекта и, затем, в определении которой из эталонов алфавита признаков этот вектор отвечает.

Машинный перевод и понимание человеческой речи. Задача анализа предложений человеческой речи с применением словаря является типичной задачей систем искусственного интеллекта. Для ее решения был создан язык-посредник, облегчающий сопоставление фраз из разных языков. В дальнейшем этот язык-посредник превратилась в семантическую модель представления значений текстов, подлежащих переводу. Эволюция семантической модели привела к созданию языка для внутреннего представления знаний. В результате, современные системы осуществляют анализ текстов и фраз в четыре основных этапа: морфологический анализ, синтаксический, семантический и прагматический анализ.

Игровые программы. В основу большинства игровых программ положены несколько базовых идей искусственного интеллекта, таких как перебор вариантов и самообучения. Одна из наиболее интересных задач в сфере игровых программ, использующих методы искусственного интеллекта, заключается в обучении компьютера игры в шахматы. Она была основана еще на заре вычислительной техники, в конце 50-х годов.

В шахматах существуют определенные уровни мастерства, степени качества игры, которые могут дать четкие критерии оценки интеллектуального роста системы. Поэтому компьютерными шахматами активно занимался ученые со всего мира, а результаты их достижений применяются в других интеллектуальных разработках, имеющих реальное практическое значение.

В 1974 году впервые прошел чемпионат мира среди шахматных программ в рамках очередного конгресса IFIP (International Federation of Information Processing) в Стокгольме. Победителем этого соревнования стала шахматная программа «Каисса». Она была создана в Москве, в Институте проблем управления Академии наук СССР.

Машинное творчество. К одной из областей применений искусственного интеллекта можно отнести программные системы, способные самостоятельно создавать музыку, стихи, рассказы, статьи, дипломы и даже диссертации. Сегодня существует целый класс музыкальных языков программирования (например, язык C-Sound). Для различных музыкальных задач было создано специальное программное обеспечение: системы обработки звука, синтеза звука, системы интерактивного композиции, программы алгоритмической композиции.

Экспертные системы. Методы искусственного интеллекта нашли применение в создании автоматизированных консультирующих систем или экспертных систем. Первые экспертные системы были разработаны, как научно-исследовательские инструментальные средства в 1960-х годах прошлого столетия.

Они были системами искусственного интеллекта, специально предназначенными для решения сложных задач в узкой предметной области, такой, например, как медицинская диагностика заболеваний. Классической целью этого направления изначально было создание системы искусственного интеллекта общего назначения, которая была бы способна решить любую проблему без конкретных знаний в предметной области. Ввиду ограниченности возможностей вычислительных ресурсов, эта задача оказалась слишком сложной для решения с приемлемым результатом.

Некоторые из самых известных интеллектуальных систем:

Deep Blue — победил чемпиона мира по шахматам. Матч Каспаров против суперЭВМ не принёс удовлетворения ни компьютерщикам, ни шахматистам, и система не была признана Каспаровым. Затем линия суперкомпьютеров IBM проявилась в проектах brute force BluGene (молекулярное моделирование) и моделирование системы пирамидальных клеток  в швейцарском центре Blue Brain.

MYCIN — одна из ранних экспертных систем, которая могла диагностировать небольшой набор заболеваний, причем часто так же точно, как и доктора.

20Q — проект, основанный на идеях ИИ, по мотивам классической игры «20 вопросов». Стал очень популярен после появления в Интернете на сайте 20q.net .

Распознование речи. Системы такие как ViaVoice способны обслуживать потребителей.

Роботы в ежегодном турнире RoboCup соревнуются в упрощённой форме футбола.

Банки применяют системы искусственного интеллекта (СИИ) в страховой деятельности (актуарная математика) при игре на бирже и управлении собственностью. Методы распознавания образов (включая, как более сложные и специализированные, так и нейронные сети) широко используют при оптическом и акустическом распознавании (в том числе текста и речи), медицинской диагностике, спам-фильтрах, в системах ПВО (определение целей), а также для обеспечения ряда других задач национальной безопасности.

Разработчики компьютерных игр  применяют ИИ в той или иной степени проработанности. Это образует понятие «Игровой искусственный интелект». Стандартными задачами ИИ в играх являются нахождение пути в двумерном или трёхмерном пространстве, имитация поведения боевой единицы, расчёт верной экономической стратегии и так далее.

III.Заключение

Ключевым фактором, определяющим сегодня развитие ИИ-технологий, считается темп роста вычислительной мощности компьютеров, так как принципы работы человеческой психики по-прежнему остаются неясными (на доступном для моделирования уровне детализации). Поэтому тематика ИИ-конференций выглядит достаточно стандартно и по составу почти не меняется уже довольно давно. Но рост производительности современных компьютеров в сочетании с повышением качества алгоритмов периодически делает возможным применение различных научных методов на практике. Так случилось с интеллектуальными игрушками, так происходит с домашними роботами. Снова будут интенсивно развиваться временно забытые методы простого перебора вариантов (как в шахматных программах), обходящиеся крайне упрощенным описанием объектов. Но с помощью такого подхода (главный ресурс для его успешного применения - производительность) удастся решить, как ожидается, множество самых разных задач (например, из области криптографии). Уверенно действовать автономным устройствам в сложном мире помогут достаточно простые, но ресурсоемкие алгоритмы адаптивного поведения. При этом ставится цель разрабатывать системы, не внешне похожие на человека, а действующие, как человек .Ученые пытаются заглянуть и в более отдаленное будущее. Можно ли создать автономные устройства, способные при необходимости самостоятельно собирать себе подобные копии (размножаться)? Способна ли наука создать соответствующие алгоритмы? Сможем ли мы контролировать такие машины? Ответов на эти вопросы пока нет. Продолжится активное внедрение формальной логики в прикладные системы представления и обработки знаний. В то же время такая логика не способна полноценно отразить реальную жизнь, и произойдет интеграция различных систем логического вывода в единых оболочках. При этом, возможно, удастся перейти от концепции детального представления информации об объектах и приемов манипулирования этой информацией к более абстрактным формальным описаниям и применению универсальных механизмов вывода, а сами объекты будут характеризоваться небольшим массивом данных, основанных на вероятностных распределениях характеристик. Сфера ИИ, ставшая зрелой наукой, развивается постепенно - медленно, но неуклонно продвигаясь вперед. Поэтому результаты достаточно хорошо прогнозируемы, хотя на этом пути не исключены и внезапные прорывы, связанные со стратегическими инициативами.

Когда-нибудь перед обществом встанет вопрос: «Хотим ли мы заменить человеческий разум искусственным интеллектом?». Разумеется, роботы нужны в жизни человека, потому что они значительно её облегчают. Но сейчас робототехника находится на начальном этапе своего развития. Развитие данной области в сфере информационных технологий могут позволить себе только фирмы, которые имеют большой бюджет. Я считаю, что это направление должно быть доступнее для общества. Хотя будущее, безусловно, не мыслимо без роботов, андроидов и прочих чудес техники, но они все равно не заменят человека в полной степени.

Список литературы

1. Е.И. Юревич. Основы робототехники. СПб.: БХВ – Петербург, 2010.

2. Р.М. Грановская, И.Я. Березная. Интуиции и искусственный интеллект.

Л.: Ленинградский университет, 1991.

3. Л.А. Станкевич. Представление знаний и интеллектуальные системы. СПб.: СПбГПУ, 2008.

4. Интеллектуальные роботы. Под редакцией Е.И. Юревича. М.:

Машиностроение, 2007.

5. А.В. Иванов, Е.И. Юревич. Мини и микро робототехника. СПб.:

СПб ГПУ, 2011.

6.Искусственный интеллект: перспективы развития http://knowledge.allbest.ru/programming/3c0a65625a2ac79b5c43b88421206d37_0.html

7.Виды роботов http://otherreferats.allbest.ru/programming/00176233_0.html

8. История развития робототехникиhttp://roboreview.ru/nauka-o- robotah/istoriya-razvitiya-robototehniki.html

Приложение

Виды роботов

Андроид (человекообразный робот) Биоробот

Промышленный робот  Транспортный робот

Боевой робот Подводный робот

Медицинский робот Летающий робот

Робот экскурсовод

Робот хирург

Робот-официант

Персональный робот

Робот-игрушка

19