В последние годы термины «интеллект» и «искусственный разум» растеряли свой изначальный смысл. Современная реклама называет «интеллектуальным» любой утюг с двумя лампочками. Но беспомощный робот-пылесос в клубке кабелей и фантастический разум «Скайнет» — это даже не звенья одной эволюционной цепи.
Современные роботы, как и многие десятилетия назад, имеют ограниченный список алгоритмов действия и оказываются бесполезны в сложных условиях без связи с оператором — при сильной радиации, под землей, на морских глубинах или в космосе. Печальный пример недавней катастрофы на Фукусиме показал, что никакое дистанционное управление не заменит настоящего автономного робота.
Большинство роботов запрограммированы на уровне инстинктов или управляются дистанционно. Автономный робот без автономного искусственного интеллекта невозможен.
Основная проблема современной робототехники, как и многие десятилетия назад, связана с разработкой достойного искусственного интеллекта. В некоторых случаях можно говорить об успехах и даже очевидном прогрессе. Например, эксперименты Google по созданию автономных автомобилей без водителя или программу AlphaGo той же Google, победившую чемпиона мира по игре го. Или суперкомпьютерный интеллект IBM Watson, способный понимать вопросы и находить ответы в базе знаний.
Пока что большинство разработок в области искусственного интеллекта не годятся для автономных роботов. Многие из них ограничены выбранной сферой применения, некоторые требуют не автономных вычислительных мощностей. В некоторых случаях — как с роботом Тэй компании Microsoft, искусственный разум и вовсе сходит с ума после непродолжительного общения с людьми.
Сегодня автономный робот должен понимать естественную речь и жесты, логически мыслить, обучаться и принимать самостоятельные решения. Идеальный автономный робот, оснащенный необходимыми датчиками, инструментами и базой знаний, должен выслушать задание и без лишних вопросов отправиться восвояси на его выполнение.
Российский «Разуматор»: универсальные мозги для автономного робота
Российские разработчики всегда славились широким взглядом на поставленную проблему. Искусственный интеллект «Разуматор», созданный отечественной компанией «Мивар», изначально разработан как основа для любых типов автономных роботов.
Программное логическое ядро «Разуматор», говоря робототехническим языком - это логический планировщик, обеспечивающий роботам возможность самостоятельно строить алгоритмы и решать задачи без участия людей. Различие между «интеллектом» робота-пылесоса и искусственным интеллектом автономного робота отлично поясняет слайд ниже, где показана разница между рефлексивным и логическим уровнем.
Трехмерная диаграмма исследований в области искусственного интеллекта
Работа искусственного интеллекта «Разуматор» описывается «миварным принципом», что означает обработку многомерных баз данных с контекстно-глобальной моделью, где данные, их логический вывод и процесс обработки интегрированы в единое целое, а все процессы происходят в реальном времени. Акроним «МИВАР» (Многомерная Информационная Варьирующаяся Адаптивная Реальность, по-английски Multidimensional Informational Variable Adaptive Reality), созвучный названию компании, при удачном развитии технологии имеет все шансы войти в иностранные языки на тех же правах, что в свое время вошел «sputnik».
Многомерная технология анализа данных позволяет принимать автономные решения в реальном времени
Основная особенность миварной технологии заключается в чрезвычайно высокой скорости работы - до 5 млн правил в секунду. Таким образом, для анализа огромных массивов данных и принятия оперативных автономных решений достаточно невысокой вычислительной мощности. На минуточку: обычный ноутбук может обрабатывать 20-мерный граф с 150 тысяч вершин на 600 тысяч ребер в реальном времени! Показатели настолько высоки, что, по словам Олега Варламова, пока никто в мире не готов с ними конкурировать.
«Разуматор», также представленный в виде коробочного ПО, можно установить даже на обычном ноутбуке.
«Разуматор» является ядром комплексного проекта «Роборазум», который можно адаптировать под любой тип автономных роботов. Скажем, придет завтра представитель геологоразведочной компании и закажет глубоководную автономную акулу для арктических условий - внешний вид робота изменится радикально, но мозги «Разуматора» останутся прежними, разве что с дополнительной адаптацией к соответствующей базе знаний.
Робоплатформа Муром-ИСП: универсальная заготовка для выпуска автономных роботов
Комплексная система автономного робота для любых целей включает пять базовых элементов. В список входят механизмы, датчики-сенсоры, вычислительный модуль, элементы автономного питания и собственно искусственный интеллект.
Олег Варламов
президент компании «Мивар»
Робототехническая платформа «Муром-ИСП», созданная компаниями «Мивар» и «Интеллектуальные технологии», представляет собой универсальный конструктор: первые четыре базовых элемента из озвученного выше списка комплектуются в меру потребностей, фантазии и средств. Пятый элемент, как в одноименном фильме, заменить нельзя: это интеллектуальное ядро «Разуматор».
«Муром-ИСП» создан в качестве полигона для обкатки «Разуматора». Складной антропоморфный робот с сенсорной головой и самобалансирующимся одноосным шасси высотой 165 см в разложенном и 80 см в сложенном состоянии позволит отработать узлы автономного робота и его взаимодействие в составе более сложных комплексов.
Технические характеристики первого прототипа Муром-ИСП: в МЧС будут довольны
Кстати, о рефлексивных роботах-пылесосах. В автономных комплексах вроде «Мурома» таким «недороботам» уготована роль дистанционно управляемых вспомогательных механизмов, служащих для зондирования, расчистки и даже походного ремонта. Такого помощника можно при случае отправить на разведку, но даже потеря одного или нескольких вспомогательных роботов никак не отразится на работоспособности комплекса.
Обвешанный механизмами и датчиками, управляющий целым выводком вспомогательных роботов, «Муром» может являться частью более мощного комплекса. Представьте мощную автономную систему на платформе «Камаза», несущую вдаль десяток «Муромов» специального назначения с сотней-другой вспомогательных самонаводящихся роботов-помощников. Вот где раскрывается неограниченный простор для фантазий гражданских и оборонных заказчиков!
Внешне «Муром» не блещет особой привлекательностью, зато конструкция системы полностью сбалансирована по автономности, работоспособности и вычислительная мощность. Сейчас «Муром» работает на пяти процессорах Intel Core i5. По словам Владимира Денисенко, директора «Интеллектуальных технологий», эксперименты проводились с различными платформами, включая ускорители на графических картах.
Пока что пять Intel Core i5 оказались оптимальными по соотношению производительности, автономности и цены, но привязки к какой-либо определённой аппаратно-программной платформе нет. Когда возникнет потребность платформе на отечественных процессорах «Эльбрус», такая версия появится незамедлительно.
Муром-ИСП: Носитель на базе КАМАЗа развертывает десяток автономных роботов с сотнями роботов-помощников
Полностью рабочую версию «Мурома» с голосовым управлением, синтезом речи, манипуляторами и другими функциями разработчики представят уже в сентябре 2016 года. Сегодня «Разуматор» может быть использован всеми желающими как в качестве самостоятельного продукта, так и в качестве интегрированного логического компонента других систем управления - вплоть до уровня API.
«Denning Mobile Robot Company» — первая бостонская компания, которая предлагала готовых автономных роботов, которых в дальнейшем покупали, в основном, исследователями. Среди других компаний, выполняющих заказы робототехников на производство готовых роботов, были «RWI Inc.» Гринелла Мура (создавшая робота В-21), американская компания «Nomadic Technologies» Джеймса Слэйтера (разработавшая машину «XR4000») и швейцарская компания «K-Team» Франческо Мондэйды, (на основе ее разработок был создан подвижный робот «Khepera») ставшие пионерами данной отрасли. Однако, из-за высокой цены этих машин возможность их приобретения появляется лишь у некоторых аспирантов и военных исследователей. В конечном счете, в 1995 году была представлена совместная разработка «RWI» и «ActivMedia Robotics», получившая название «Pioneer». Именно благодаря появлению этого робота и его приемлемой цене произошел серьезный прорыв в области мобильной робототехники, речь о которой пойдет в данной .
источник изображения: «Фотобанк Лори»История
По состоянию на 1999 году компания «Denning» уже не существует. В 1998 году «RWI» объединилась с «ISRobotics», в результате чего появилась компания «iRobot». Изначально она была более известна за счет своей серии дистанционно управляемых роботов «PackBot» , но позднее она сместила свои акценты с автономных исследовательских роботов на рынок военных исследований. Также рынок был покинут компанией «Nomadic Technologies». Компании «MobileRobots Inc.» и «K-Team» продолжают поддерживать сообщество исследователей.
В 2003 году Управление перспективных исследований и разработок при Министерстве обороны США заключило контракт с компанией «Segway» на преобразование пятнадцати Сегвеев в портативные роботизированные платформы. Сигвэи и необходимые запчасти были доставлены управлению в апреле. В июне Управление начало сотрудничество с Тихоокеанским центром космических и военно-морских систем для поставки запчастей правительственных и научных исследовательских организаций.
Аппаратура для автономной навигации
Работа в помещении
В течение 1990-2000-х годов исследовательские роботы совершенствовались для автономной работы в помещении. Роботы, созданные на основе исследований, включают в себя сенсорную систему, мобильность и необходимые вычислительные мощности. Среди подобных проектов – «Pioneer», «PatrolBot», «PowerBot», «PeopleBot». Эти платформы способны создавать планы зданий и использовать такие нестандартные методы навигации, как SLAM, вариации метода Монте-Карло/локализации Маркова, модифицированного величинно-итерированного поиска без каких-либо двухмерных дальномеров. Подобный метод создает карту рабочего пространства для робота, которую может прочитать человек, управляющий роботом во время движения. Американская компания «Evolution Robotics» предлагают программы для работы совмещенной камеры по VSLAM-методу, который заменяет дальномер сопоставлением с визуальным образцом, но недостаток этой системы — в том, что эта система не способна создавать удобочитаемую для человека карту. Другие группы заняты созданием VSLAM-системой с использованием стереокамеры, так как она обеспечивает данные для дальномеров, что позволяет роботом создать карту и двигаться по ней. Разработка компании «K-Team» под названием «Khepera», платформы на основе сегвеев и другие исследовательские роботы могут связываться с внешними вычислительными ресурсами для использования подобных программ.
Точность системы зависит от точности датчиков, зернистости изображений и скорости вычислений. Лазер дальномера может обеспечивать точность с погрешностью в ±1 см, в то время как цифровая стереокамера ограничена в своей точности до 0,25 пикселя, что делает ее радиус действия ограниченным. Визуальные системы требуют больших вычислительных ресурсов, чем простые дальномеры типа лазерных, но могут использовать цифровой сигнальный процессор, встроенный в камеру. Уступки по цене в пользу точности привело к появлению более дешевых визуальных систем для роботов потребительского класса, в то время как коммерческие, промышленные роботы и транспортные средства с автоматическим управлением часто имеют системы лазерной дальнометрии.
Работа на открытом пространстве
На открытом воздухе автономный исследовательский робот определяется местонахождением посредством GPS-систем. Однако, сигналы спутников часто могут рассеиваться из-за помех. Исключением являются роботы, использующие счисление координат и отслеживание движения по инерции. Счисление координат зависит от соответствующего движения колес и может подвергаться накапливающимся проблемам с буксованием. Отслеживание движения по инерции использует скоростные гироскопы и акселерометры для измерения движения. Точность зависит от калибровки и качества датчиков. Системы «The Segway RMP 400» и «Seekur» являются примерами платформ, разработанных специально для подобных исследований. Большинство других подобных роботов являются лишь имитациями существующих моделей.
В ограниченных открытых пространствах такие роботы, как «John Deere Gator», часто окружены радиомаяками и используют простую триангуляцию из трех и более маяков для определения местоположения и навигации. Также маяки используются на фабриках более старыми транспортными средствами с автоматическим управлением.
Программирование
Большая часть программ для автономных исследовательских роботов являются открытым или свободным ПО, среди которых – операционная система ROS, набор инструментов «Carmen» от Университета Карнеги-Меллон , «Player/Stage/Gazebo», разработанная Университетом Южной Каролины, и API от компании «MobileRobots Inc.». Набор для разработки программ «URBI», относимый к свободному программному обеспечению, используется во многих университетах.
Среди коммерческих программ присутствует «Webots», разработанная в 1998 году и используемая по лицензии более чем в 500 университетах. Она работает на ОС «Linux», «Windows» и «Mac OS X». В июне 2006 года «Microsoft Research» предложила бесплатные бета-версии наборов для разработки программ «Robotics Studio» для ОС «Windows XP».
Когда речь заходит о строительных роботах и 3D печати домов, большинство людей представляет высокотехнологичный механизм под управлением человека. Таким роботам, как минимум, нужен один оператор и помощники - люди, которые будут их обслуживать. Инженеры из Массачусетского технологического института решили заглянуть в будущее и разработали прототип автономного робота-строителя.
Робот представляет собой самоходное шасси. В передней части «строителя» находится «рука» - умный многофункциональный манипулятор.
За «рукой» с компьютеризированным механизмом управления размещается платформа со строительными материалами.
На данный момент для отработки концепции робот возит за собой ёмкости с ППУ (пенополиуретаном) и пенобетоном, из которого он строит купольный дом по технологии несъёмной опалубки. Сначала возводится внешняя и внутренняя ППУ-стена, а промежуток затем заполняется пенобетоном.
На возведение купола диаметром 15 метров робот тратит около 10-14 часов.
При этом робот не нуждается в управлении человеком и сам, сориентировавшись на местности по меткам, принимает решение, как ему возводить сооружение.
Если раствор заканчивается, робот уезжает на базу для дозаправки, после чего продолжает строительство дома.
По словам разработчиков, выбор материалов и методики возведения обусловлен тем, что так проще «научить» робота строить и внести соответствующие корректировки в программное обеспечение.
Следующий шаг - использование для строительства бетона, который для подвижности модифицируют специальными добавками.
Для работы с разными строительными растворами предусмотрен набор насадок-распылителей.
Кроме этого, по мере совершенствования робота научат работать с арматурой, сварочным аппаратом.
И экскаваторным ковшом.
По замыслу инженеров, со временем на базе прототипа получится создать полностью автономного робота.
Например, одним из сценариев может стать отправка нескольких роботов-строителей в отдалённый район, где они, взаимодействуя друг с другом, приступят к возведению строений.
Современные роботы, как и многие десятилетия назад, имеют ограниченный список алгоритмов действия и оказываются бесполезны в сложных условиях без связи с оператором - при сильной радиации, под землей, на морских глубинах или в космосе. Печальный пример недавней катастрофы на Фукусиме показал, что никакое дистанционное управление не заменит настоящего автономного робота.
Большинство роботов запрограммированы на уровне инстинктов или управляются дистанционно. Автономный робот без автономного искусственного интеллекта невозможен.
Основная проблема современной робототехники, как и многие десятилетия назад, связана с разработкой достойного искусственного интеллекта. В некоторых случаях можно говорить об успехах и даже очевидном прогрессе. Например, эксперименты Google по созданию автономных автомобилей без водителя или программу AlphaGo той же Google, победившую чемпиона мира по игре го. Или суперкомпьютерный интеллект IBM Watson, способный понимать вопросы и находить ответы в базе знаний.
фотографий
Пока что большинство разработок в области искусственного интеллекта не годятся для автономных роботов. Многие из них ограничены выбранной сферой применения, некоторые требуют не автономных вычислительных мощностей. В некоторых случаях - как с роботом Тэй компании Microsoft, искусственный разум и вовсе сходит с ума после непродолжительного общения с людьми.
Сегодня автономный робот должен понимать естественную речь и жесты, логически мыслить, обучаться и принимать самостоятельные решения. Идеальный автономный робот, оснащенный необходимыми датчиками, инструментами и базой знаний, должен выслушать задание и без лишних вопросов отправиться восвояси на его выполнение.
Российский «Разуматор»: универсальные мозги для автономного робота
Российские разработчики всегда славились широким взглядом на поставленную проблему. Искусственный интеллект «Разуматор», созданный отечественной компанией «Мивар», изначально разработан как основа для любых типов автономных роботов.
Программное логическое ядро «Разуматор», говоря робототехническим языком – это логический планировщик, обеспечивающий роботам возможность самостоятельно строить алгоритмы и решать задачи без участия людей. Различие между «интеллектом» робота-пылесоса и искусственным интеллектом автономного робота отлично поясняет слайд ниже, где показана разница между рефлексивным и логическим уровнем.
Трехмерная диаграмма исследований в области искусственного интеллекта
Работа искусственного интеллекта «Разуматор» описывается «миварным принципом», что означает обработку многомерных баз данных с контекстно-глобальной моделью, где данные, их логический вывод и процесс обработки интегрированы в единое целое, а все процессы происходят в реальном времени. Акроним «МИВАР» (Многомерная Информационная Варьирующаяся Адаптивная Реальность, по-английски Multidimensional Informational Variable Adaptive Reality), созвучный названию компании, при удачном развитии технологии имеет все шансы войти в иностранные языки на тех же правах, что в свое время вошел «sputnik».
Многомерная технология анализа данных позволяет принимать автономные решения в реальном времени
Основная особенность миварной технологии заключается в чрезвычайно высокой скорости работы – до 5 млн правил в секунду. Таким образом, для анализа огромных массивов данных и принятия оперативных автономных решений достаточно невысокой вычислительной мощности. На минуточку: обычный ноутбук может обрабатывать 20-мерный граф с 150 тысяч вершин на 600 тысяч ребер в реальном времени! Показатели настолько высоки, что, по словам Олега Варламова, пока никто в мире не готов с ними конкурировать.
«Разуматор», также представленный в виде коробочного ПО, можно установить даже на обычном ноутбуке.
«Разуматор» является ядром комплексного проекта «Роборазум», который можно адаптировать под любой тип автономных роботов. Скажем, придет завтра представитель геологоразведочной компании и закажет глубоководную автономную акулу для арктических условий – внешний вид робота изменится радикально, но мозги «Разуматора» останутся прежними, разве что с дополнительной адаптацией к соответствующей базе знаний.
Робоплатформа Муром-ИСП: универсальная заготовка для выпуска автономных роботов
Комплексная система автономного робота для любых целей включает пять базовых элементов. В список входят механизмы, датчики-сенсоры, вычислительный модуль, элементы автономного питания и собственно искусственный интеллект.
Олег Варламов
президент компании «Мивар»
Робототехническая платформа «Муром-ИСП», созданная компаниями «Мивар» и «Интеллектуальные технологии», представляет собой универсальный конструктор: первые четыре базовых элемента из озвученного выше списка комплектуются в меру потребностей, фантазии и средств. Пятый элемент, как в одноименном фильме, заменить нельзя: это интеллектуальное ядро «Разуматор».
«Муром-ИСП» создан в качестве полигона для обкатки «Разуматора». Складной антропоморфный робот с сенсорной головой и самобалансирующимся одноосным шасси высотой 165 см в разложенном и 80 см в сложенном состоянии позволит отработать узлы автономного робота и его взаимодействие в составе более сложных комплексов.
Технические характеристики первого прототипа Муром-ИСП: в МЧС будут довольны
Кстати, о рефлексивных роботах-пылесосах. В автономных комплексах вроде «Мурома» таким «недороботам» уготована роль дистанционно управляемых вспомогательных механизмов, служащих для зондирования, расчистки и даже походного ремонта. Такого помощника можно при случае отправить на разведку, но даже потеря одного или нескольких вспомогательных роботов никак не отразится на работоспособности комплекса.
Обвешанный механизмами и датчиками, управляющий целым выводком вспомогательных роботов, «Муром» может являться частью более мощного комплекса. Представьте мощную автономную систему на платформе «Камаза», несущую вдаль десяток «Муромов» специального назначения с сотней-другой вспомогательных самонаводящихся роботов-помощников. Вот где раскрывается неограниченный простор для фантазий гражданских и оборонных заказчиков!
Внешне «Муром» не блещет особой привлекательностью, зато конструкция системы полностью сбалансирована по автономности, работоспособности и вычислительная мощность. Сейчас «Муром» работает на пяти процессорах Intel Core i5. По словам Владимира Денисенко, директора «Интеллектуальных технологий», эксперименты проводились с различными платформами, включая ускорители на графических картах.
Пока что пять Intel Core i5 оказались оптимальными по соотношению производительности, автономности и цены, но привязки к какой-либо определённой аппаратно-программной платформе нет. Когда возникнет потребность платформе на отечественных процессорах «Эльбрус», такая версия появится незамедлительно.
Муром-ИСП: Носитель на базе КАМАЗа развертывает десяток автономных роботов с сотнями роботов-помощников
Полностью рабочую версию «Мурома» с голосовым управлением, синтезом речи, манипуляторами и другими функциями разработчики представят уже в сентябре 2016 года. Сегодня «Разуматор» может быть использован всеми желающими как в качестве самостоятельного продукта, так и в качестве интегрированного логического компонента других систем управления – вплоть до уровня API.
По словам Олега Варламова, компания «Мивар» открыта для сотрудничества с российскими компаниями, учреждениями, стартапами и даже энтузиастами-одиночками, которым «Разуматор» может быть предоставлен на самых выгодных условиях, вплоть до бесплатных образцов.
Чтобы наработать опыт в работе с платой Arduino, так сказать в качестве учебного опыта и просто для интереса был создан этот проект. Целью проекта было создать автомобиль, который может автономно перемещаться, объезжая различные препятствия и не сталкиваясь с ними.
Шаг 1: Список компонентов и стоимость проекта
1. Игрушечная Машинка с радиоуправлением (radio controlled).
Стоит эта штука около 20 баксов, если у вас есть возможность потратить больше, то можете использовать и получше.
2. Arduino Uno микроконтроллер - 25 долларов
3. Motor shield для контроля электромоторов - 20 долларов 
4. GPS для навигации. Adafruit Ultimate GPS Shield - 50 долларов 
5. Магнитометр в качестве компаса для навигации. Adafruit HMC5883 Magnetometer - 10 долларов 
6. Ультразвуковой датчик расстояния, чтобы избегать препятствия. HC-SR04 - 6 долларов 
7. ЖК-дисплей для отображения состояния транспортного средства и информации. LCD Display Blue 1602 IIC, I2C TWI - 6 долларов (можете использовать другой)
8. Инфракрасный датчик и пульт.
9. Arduino sketch (программа C++).
10. Тонкая древесная плита в качестве монтажной платформы.
11. Макетные платы. Одна длинная и узкая, а другая маленькая, чтобы отдельно установить на ней магнитометр подальше от других элементов.
12. Перемычки.
13. Набор для монтажа ультразвукового датчика - 12 долларов 
14. Паяльник и припой.
Итак, в общем на всё ушло около 150 долларов, это при условии, если закупать все эти компоненты, поскольку возможно у вас уже что то имеется из этого.
Шаг 2: Шасси и монтаж платформы
Радиоуправление изъяли из ненужной игрушки, которая стоила 15 баксов.
Машинка здесь с двумя двигателями. С помощью одного движка пультом контролируется скорость движения робота, а с помощью другого контролируется рулевое управления.
Использовалась тонкая доска в качестве монтажной поверхности, на которой были прикреплены макетные платы, Arduino, ЖК и т.д. Батарейки размещены под доской и провода пропущены через просверленные отверстия.
Шаг 3: Программа
Arduino управляется через программу С ++.
Исходный код
RC_Car_Test_2014_07_20_001.ino
Шаг 4: ЖК-дисплей
Во время работы экран отображает следующую информацию:
Ряд 1:
1. TH - Задача, курс к текущей маршрутной точки
2. CH - Текущее направление робота
Ряд 2:
3. Err - Направление по компасу, показывает в каком направлении движется робот (влево или вправо)
4. Dist - Фокусное расстояние (в метрах) до текущей маршрутной точки
Ряд 3:
5. SNR - Sonar расстояние, то есть расстояние до любых объектов в передней части робота
6. Spd - Скорость робота
Ряд 4:
7. Mem - Память (в байтах). В памяти Arduino имеется 2 КБ
8. WPT n OF x - Показывает, где робот находится в списке маршрутных точек
Шаг 5: Избежать столкновения с объектами
Чтобы робот избегал препятствий, здесь использовался ультразвуковой датчик » Ping». Было решено совместить его с библиотекой Arduino NewPing, поскольку она лучше, чем простая PIng библиотека.
Библиотека была взята отсюда: https://github.com/fmbfla/Arduino/tree/master/NewPing
Датчик был установлен на бампере робота.
