скачать журнал

<- предыдущая страница следующая ->

У РОБОТА МНОГО РАБОТЫ
САВЕЛИЙ КАШНИЦКИЙ, наш спец. корр.

Научно-технический прогресс столь стремительно изменяет нашу жизнь, что иногда кажется — уследить за развитием, например, автоматики или электроники практически невозможно, так энергичны поиски ученых в этих областях знаний. А ведущие предприятия и промышленные объединения страны осваивают все более изощренные творения своих инженеров. Такова жизнь: она неумолимо движется вперед и вместе с ней совершенствуется окружающая нас «вторая природа» — сложнейший мир техники. Скажем, еще недавно роботы и роботостроение были благодатными темами для научно-фантастических рассказов и романов, а сейчас!.. Целые линии, цехи «умных машин» освободили человека от однообразного и утомительного труда. Но дерзновенная мысль ученых не стоит на месте. И среди огромной когорты исследователей все громче заявляют о себе молодые — те, кто, может быть, лишь послезавтра придут на первое в своей жизни рабочее место в НИИ или КБ. Придут с весомым багажом оригинальных идей и знаний, приобретенных еще в институте, где им привили вкус к настоящему творчеству. О том, как работают будущие инженеры в одном из известных вузов страны — МВТУ имени Н. Э. Баумана, и рассказывается в статье. Знаменательно, что в этой работе уже находят воплощение такие теоретические представления, как проблема исследования интеллекта.
На одной из улиц Москвы, выходящей к набережной реки Яузы, стоит большое светлое здание. Оно хорошо знакомо не только жителям столицы, но и каждому, кто хоть немного связан с техникой. Здесь помещается старейшее в нашей стране Высшее техническое училище имени Н. Э. Баумана — вуз, которому в прошлом году исполнилось 150 лет.
Пожалуй, нет такой области инженерных знаний, исследования по которой не велись бы в стенах училища. Достаточно перечислить хотя бы названия факультетов — машиностроения, автоматизации и механизации производства, энергомашиностроения, конструкторско-механический, приборостроения, — чтобы в этом убедиться. А если еще перечислить все кафедры и познакомиться с их тематикой, у нас в руках окажется подробный перечень практически всех направлений современной техники, прикладной математики и физики. И на каждой кафедре работают, как правило, ученые с мировым именем. Поэтому неудивительно, что исследования и технические проекты студентов-бауманцев столь разнообразны — от перспективных оригинальных летательных аппаратов до «мыслящих» структур на микросхемах, от уникальных колесных вездеходов до приборов, измеряющих функциональное состояние человеческого организма.
Координирует НИРС в институте студенческое научно-техническое общество имени Н. Е. Жуковского. А в его рамках действует студенческое проектно-конструкторское бюро (СПКБ). Здесь под общим научным руководством проректора МВТУ по научной работе профессора К. С. Колесникова и техническим руководством кандидата технических наук И. Б. Шавырина объединено несколько больших СКБ и студенческая лаборатория транспортных систем. Некоторые СКБ, в свою очередь, сами состоят из бюро и отделов, ориентированных на тематику по конкретной научно-технической проблеме. Вот и получается СПКБ — что-то вроде студенческого НИИ. И вряд ли вам удастся назвать научное направление, по которому в нем не было бы своих специалистов. Примечательно: широкий охват тем вовсе не говорит о поверхностном уровне работ, наоборот, исследования, проводящиеся тут, требуют особой глубины знаний. Впрочем, не будем голословными — лучше познакомимся с несколькими идеями студентов, воплощенными в жизнь.
Итак, встреча первая. «Краб» — самодвижущийся робот для подводных исследований. Он уже демонстрировался на выставке НТТМ-80 и получил одобрение специалистов («ТМ» упоминала о нем в № 10, 1980 г.), и именно его создание потребовало объединения усилий студентов, специализирующихся в различных областях науки и техники. Ведь чтобы заставить подводный «луноход» погружаться на морское дно, передвигаться, передавая наверх информацию, да еще собирать пробы грунта, не обойдешься без новейших достижений в механике, приборостроении, гидравлике, геофизике, электронике, кибернетике и даже таком специфическом научном направлении, как роботостроение.
Что же за зверь этот «Краб»? В самом деле, он здорово похож на луноход. Правда, «Крабу» придется отправляться не за сотни тысяч километров от Земли, а всего лишь погружаться на сотни метров, но в морских пучинах он тоже будет первопроходцем.
...Я застал «Краба» еще не в парадной одежде: непокрашенным, со снятой верхней крышкой, стоящим на стапеле. Зато хорошо видна была сложная внутренняя начинка — многочисленные цилиндры, фланцы, рычаги. Все это размещено экономно, детали плотно подогнаны одна к другой — робот должен быть компактным.
А началось все с того, что два года назад в МВТУ из Института океанологии имени П. П. Ширшова АН СССР прибыл подводный аппарат — фактически предок нынешнего «Краба». И хотя он уже погружался на глубину, ползать по дну ему не доводилось. Вместо сегодняшнего транспортного модуля у него было три стойки, которые вонзались в дно. Если встречался какой-то уступ или сильное подводное течение, работа прекращалась. Студентам и инженерам из МВТУ пришлось оснастить аппарат «органами движения», системой управления и телеметрии, модернизировать манипулятор.
Все металлические детали гидросистемы изготовили на экспериментально-опытном заводе МВТУ, а спроектировали каждую из них здесь, в СПКБ, Вадим Чернышев и Борис Тимофеевский, ныне инженеры. Студент 4-го курса Георгий Петров (он специализируется по гидравлике и знает эту, так сказать, «мускульную» систему устройства лучше всех) проводил около «Краба» все свободное время. Он может буквально с закрытыми глазами собрать или разобрать любой узел.
«Краб» — аппарат сложный. Электросхема у него, пожалуй, позапутанней, чем у иного телевизора. Кстати, и с телевидением ребятам тоже пришлось повозиться: спереди у подводного «лунохода» два телеглаза, и надо было их наладить так, чтобы они отлично видели при любой обстановке на дне.
Для управления роботом с борта достаточно трех человек. Со специального пульта исполнительным механизмам аппарата будут подаваться до 30 команд, а для обратной связи используется телевидение.
Как считают сами студенты, «Краб» еще не доведен до кондиции, но они уже наметили пути его дальнейшего совершенствования. Например, двигаясь, робот поднимает со дна песок и муть и начисто «слепнет». Поэтому инженеры и студенты из Бауманского решили разработать вспомогательный аппарат-лидер. Он будет плавать в полуметре от дна и сопровождать «Краба». Этот поводырь укажет ему, куда идти, где собирать пробы.
С точки зрения техники на «Крабе» особенно интересен дистанционно управляемый манипулятор, который может собирать и складывать в бункер образцы подводного грунта.
Что ж, механическая рука со схватом (в отличие от кисти схват способен лишь зажимать предметы, удерживая их между большим пальцем и остальными) — уже достижение. Но в отделе «Биоробот» на этом не успокоились. Под руководством инженера Валерия Игнатова энтузиасты разработали и изготовили систему биоуправления манипулятором, которой в дальнейшем предполагается оснастить подводный робот. Преимущества такой системы трудно переоценить. Ведь передавать манипулятору три десятка команд крайне неудобно. Представьте, что при ходьбе пришлось бы направлять к каждой группе мышц ноги отдельные команды да еще контролировать их выполнение. Каждый шаг потребовал бы колоссального интеллектуального напряжения. К счастью, в организме человека вся система движений управляется подсознательно. Так зачем же мудрствовать лукаво — куда проще заставить робота автоматически повторять движения оператора.
Отдел «Биоробот» уже демонстрировал в Доме культуры МВТУ искусственную руку с биоуправлением и обратной связью. Она была соединена с рукой оператора Валерия Игнатова. Электрические потенциалы, возникавшие в его мышцах, становились для нее управляющими сигналами. Сгибал Валерий свою левую руку — тут же сжимался схват, а сгибал правую — манипулятор повторял это движение. В будущем оператору не придется прибегать к жестам-командам. Манипулятор станет в точности копировать движения одной руки.
Что же касается обратной связи, то ее назначение — предохранить искусственную руку от поломки. Скажем, возникло непреодолимое препятствие или груз слишком велик — и манипулятор не сможет согнуть «локоть». Тогда и оператору не удастся этого сделать: сигналы обратной связи воспрепятствуют такому движению.
В «Биороботе» намечен обширный план работы по созданию сим-биотических человеко-машинных систем. Очередной этап этой программы — «биокисть». Если научились снимать электрические потенциалы с крупных мышц и передавать их на исполнительные органы машины-робота, то, значит, со временем можно подступиться и к более мелким мышцам, допустим, кисти руки. Тогда манипулятор сумеет не только хватать, но и производить более тонкую работу, вплоть до ювелирной. А потом, считают члены СПКБ, надо начать исследования по конструированию речевого аппарата. И этот следующий цикл работ они назвали «миоречь» (от слова «мио» — мышечный). Дело в том, что, когда человек мысленно что-то произносит, мышцы его речевого аппарата непроизвольно сокращаются, правда, с еле заметной амплитудой. В них возникают биопотенциалы, которые уже научились измерять. Таким образом открывается возможность руководить действиями робота, буквально не раскрывая рта, с помощью одних лишь электропотенциалов. Интересно, что снимать информацию для биоуправления машиной можно и со спинного мозга.
На этапе «симбиоз» прямой обмен данными между человеком и машиной сделает ее своеобразным электронным «напарником». Она будет не только понимать хозяина, подчиняться его мысленным приказам, но и осуществлять связь между ним и единой централизованной информационной системой.
Самые отдаленные, поистине фантастические перспективы взаимодействия человека и кибернетической системы (КС) намечены в отделах «Биоробот» и «Нейропроцессор», руководит которыми аспирант Александр Харламов.
Общение между человеком и машиной станет возможным, когда КС научится распознавать человеческую речь. Первые шаги в этом направлении уже сделаны.
...Вот перед нами небольшая коробочка, начиненная всевозможной электроникой. «Восемь», — отчетливо произносит Александр, и на световом табло вспыхивает эта цифра. Одновременно компьютер отпечатывает ее на бумаге. «Один», — продолжает Харламов. Устройство «ослышалось» — ошибка. Еще попытка: «Один». Вот теперь правильно, на табло видна единица.
Эта коробочка — прообраз «мыслящего уха», созданного студентами в отделе «Нейропроцессор» совместно со специалистами кафедры автоматических систем управления. Уже сейчас оно распознает до 50 слов. «Мыслящее ухо» обладает памятью и «словарем». Услышав знакомое слово, оно перебирает всю полусотню эталонов, сличает с ними и, найдя из них соответствующий, выдает его на табло или на печать. Еще часты ошибки, но возникают они из-за несовершенства речи отдельных людей, особенностей произношения, звуковых помех. Сейчас ребята создают физическую модель ассоциативно-запоминающего устройства — как бы маленькой ячейки мозга, содержащей более четырех тысяч нейронов. Одна из них, соединенная с рецепторным устройством, придаст «мыслящему уху» способность распознавать слова не перебором, а ассоциативно, то есть сразу выделять из большой группы слов нужное.
Здесь же, на кафедре АСУ, сделаны радиоуправляемые модели, оснащенные подобной коробочкой. Катится по полу игрушечный автомобиль, вдруг слышится: «Направо», — и он послушно поворачивает в эту сторону. Поворачивает потому, что понял команду, — никто никакой команды с пульта не передавал.
Итак, «мыслящее ухо» в первом приближении уже есть. Впереди создание «мыслящего языка» — устройства, способного синтезировать речь. Это реальные шаги к конструированию искусственного интеллекта. Конечно, перспектива отдаленная, но кто возьмется предсказать срок воплощения мечты! Ведь в СКВ уже действует электронная модель нейрона, осуществлена программа, воспроизводящая процесс в нейронном кольце. Так что ничего принципиально невозможного в развитии идеи нет.
Но если в «Биороботе» и «Нейропроцессоре» смотрят в послезавтрашний день (когда еще, если не на студенческой скамье обдумывать смелые идеи!), то специалисты факультета машиностроения проектируют роботов пусть не столь удивительных, как «напарник», зато абсолютно реальных и жизнеспособных.
Заставить машину самостоятельно мыслить и общаться с человеком — это все же задача неблизкая. А пока не мешало бы заменить человека при выполнении хотя бы простейших операций, в опасной для него обстановке. Скажем, надеть втулку на палец — чего проще! Но если это необходимо произвести в вакууме или в химически агрессивной среде, робот просто незаменим. Для этого, как говорится, большого интеллекта не требуется — зато нужны руки. Руки, беспрекословно исполняющие команды оператора. Желательно, чтобы этот манипулятор был бы антропоморфным (см. рис). Ведь наша рука — непревзойденное творение природы, у нее целых шесть степеней свободы! Как известно, этим мы обязаны плечевому и кистевому суставам. Их-то роль и сыграют шесть шарниров, обеспечивая манипулятору широту действия в рабочей зоне.
Бывают, правда, случаи, когда пределы рабочей зоны по той или иной производственной необходимости увеличиваются. Тогда возникает надобность удлинить «плечо» или «предплечье». Для таких задач создаются неантропоморфные манипуляторы. К примеру, «плечо» делается телескопическим, подобно штоку самосвала. Появляются дополнительные степени свободы.
В Бауманском училище дают «путевку в жизнь» одновременно нескольким типам и поколениям роботов. Подобно тому, как происходит в природе, «механическая» эволюция, совершенствуя «индивидов», вовсе не отрицает существования и простых механизмов. Эволюция эволюцией, но дела хватит для всех. Скажем, первое поколение автоматических роботов наиболее пригодно для несложных операций: в агрессивных средах задана программа — точно ее выполняй. Ко второму поколению относятся уже так называемые адаптивные роботы: натолкнулся на препятствие — скорректируй программу так, чтобы его обойти. В перспективе вырисовываются интеллектуальные роботы. Здесь уже обходятся без заданной программы, ее вырабатывают сами, исходя из накопленного опыта, предыдущей деятельности.
А вот «Краб» — представитель совсем другого типа роботов, биотехнических, работающих исключительно под надзором человека-оператора. Есть тут и свои подвиды. Командные роботы — это те, которым нужно все «разжевать» и управлять каждым их движением. Копирующие — к таким относится «механическая рука», сделанная в СПКБ, — повторяют манипуляции человека. Полуавтоматические оснащены вычислителем, который беспрерывно «расшифровывает» команды, поступающие от оператора.
Интерактивные роботы взаимодействуют с хозяином, как два равных партнера. Автоматический и биотехнический режимы работы могут чередоваться в зависимости от меняющейся ситуации и сложности операций. Супервизорное управление — это когда главное решение принимает человек: распознает обстановку и отдает команду — стратегию; а далее робот орудует сам, без мелочной опеки и конкретных подсказок. И наконец, диалоговое управление — это общение двух интеллектов, человеческого и искусственного.
Чтобы успешно работать, робот должен достаточно уверенно ориентироваться в обстановке. Нужны «глаза». Конечно, «Крабу» проще: у него есть телеглаз, а воспринимает и обрабатывает за него зрительную информацию человек, находящийся на борту судна. Сложнее будет его механическим собратьям, которым придется самим осмысливать увиденное. Вводить зрительную информацию в цифровую вычислительную машину и по известным алгоритмам распознавать образы для последующего использования полученных сигналов в работе. Робот, достаточно «эрудированный», научится «понимать» окружающую обстановку, запоминая реальный мир в виде упрощенной модели.
И все же усвоение зрительной информации пока остается сложной научно-технической проблемой. Если отказаться от «глаз», то можно прибегнуть к помощи тактильной, локационной, слуховой, температурной, магнитной информации. Ведь робот в отличие от человека способен иметь не пять, а гораздо больше «органов чувств». Допустим, тактильные датчики на «пальцах» позволят различать форму предметов. А ультразвуковые — ориентироваться на морском дне в замутненной воде, когда самые совершенные глаза мало на что способны.
Выходит, механические помощники человека развиваются сразу в нескольких направлениях, начиная со многих эволюционных ступенек. В этом их еще одно отличие от живых существ.
Что ж, работы студентов МВТУ взаимосвязаны. А это свидетельствует об их планомерности, обещает качественные скачки на «стыках». И деятельность СПКБ Бауманского училища не раз доказывала, что и на студенческой скамье можно сделать открытие. Если работа начинающего исследователя должным образом организована и квалифицированно направляется, к нему вполне применимо высокое звание «ученый».

Собранная студентами МВТУ в этом году модель универсального электромеханического манипулятора УЭМ-5, предназначенного для выполнения сложных и точных сборочных операций.
Фото Владимира Андреева
Модульный электромеханический робот РЭМ-1, предназначенный для обслуживания технологических процессов в агрессивных средах. Эту систему разработали в прошлом году инженеры и студенты машиностроительного факультета МВТУ.
На рисунке показаны схема и внешний вид одного из антропоморфных манипуляторов и система управления программным роботом (в центре).


Музей, которого нет

Время делает машины памятниками. Обратите внимание — памятниками, а не грудой старого железа, которое в любых количествах поглощают плавильные печи вездесущего «Вторчермета».
Достаточно ли просто помнить о технических достижениях прошлого, иметь описания старых конструкций да фотографии инженерных чудес, которым радовались наши дедушки и бабушки? Почему необходимо добиваться включения в культурный обиход современности подлинных, в металлическом их естестве, промышленных реликвий? Не пора ли веем нам, а не одним только музейным работникам, обрести чувство ценности отслуживших свой век станков, приборов, автомобилей, паровозов, кораблей и иных многочисленных плодов ума и рук человеческих?
Такие вопросы ставит, причем ставит остро, местами полемично, новая кинокартина Ленинградской студии научно-популярных фильмов (2 части, режиссер В. Ефимов, сценаристы Л. Голубенкова и А. Житинский).
Этот фильм, названный авторами «Музей, которого нет», открывается вступительным словом Героя Социалистического Труда, генерального конструктора, академика Архипа Михайловича Люлька.
Смысл его обращения к зрителю прост и понятен каждому. Вспоминая об авиационных двигателях, построенных по его проектам в 30-е и 40-е годы, ученый говорит о том, как быстро стали его создания принадлежностью истории техники и как важно всюду в наш динамичный век вовремя уловить неприметный рубеж, отделяющий сегодняшнее от вчерашнего.
И тут же волею авторов фильма мы становимся свидетелями нескольких ситуаций, заставляющих нас не только убедиться в правильности сказанного, но и волноваться за судьбу конкретных реликвий. На наших глазах увлеченный, несколько чудаковатый ревнитель технической старины не дает исчезнуть в печах «Вторчермета» старым трамваю и паровозу, спасает от уничтожения уникальный автомобиль, собирает коллекцию тракторов полувековой давности, выражает решительное несогласие с превращением парусника прошлого века в ресторан...
Образ этого ревнителя — собирательный, обобщенный, но схвачен он верно. О таких именно людях хорошо сказал писатель Владимир Чивилихин в своем новом романе-эссе «Память» (журнал «Наш современник», № 8—12 за 1980 год):
«Их называют привычно краеведами, происходят они из бывших учителей, врачей, журналистов, военных, музейных, партийных и советских работников, и новая их служба, в которой они пребывают незаметно, часто донельзя скромно, чрезвычайно важна и нужна — они прививают согражданам привязанность к их родине, а через нее — к большой Родине, к миру и жизни, а сами эти увлеченные отставные трудяги, кажущиеся подчас чудаковатыми, составляют кое-где высшую духовную ценность местного общества, потому что добровольно выступают в роли Хранителей Памяти».
Немало таких людей, не считаясь со временем, отдают свои силы делу сохранения памятников науки и техники. Приведу лишь один пример. Тщетно разыскивали по всей стране работники Кировского завода «Фордзон-путиловец» — первый трактор своего предприятия. Его нашел в Калининской области, в лесу возле пашни неутомимый собиратель предметов старины, коллекционер А. Фоминых. Важно, что этот человек увидел радость ветеранов завода, услышал слова их благодарности, когда реликвию провез на платформе через весь город мощный современный «Кировец».
Нет пока Центрального музея истории науки и техники. Для его создания нужна еще большая подготовительная работа. Но чтобы приблизить день его открытия, все мы должны помогать добровольным Хранителям Памяти. Этому учит нас и интересный фильм ленинградских кинематографистов.
ВАДИМ ОРЛОВ

<- предыдущая страница следующая ->