Восприятие внешнего мира с использованием двигательной активности

Примером роботов, в которых восприятие внешнего мира сочетается с двигательной активностью, являются системы типа глаз-рука. Они включают в себя средства наблюдения (телевизионные, фотоматричные) и механические руки. Такие системы уже используются на производстве, но в основном пока являются объектом исследований с целью дальнейшего усовершенствования интеллектных роботов. Например, разработана система глаз-рука, общающаяся с оператором на естественном языке [36, с 253]. Объектная область такой системы ограничена небольшим набором предметов (кубиков, призм и т. д.). Оператор может давать роботу указания или задавать вопросы такого характера: "Возьми красный кубик и положи его в коробку" или: "Что находится на столе справа?" В свою очередь робот обращается с вопросами к оператору, если указания того не вполне понятны, и отвечает на вопросы оператора.

Значительный интерес представляют такие задачи, в которых получение роботом сенсорной информации является активным процессом, необходимым для выполнения задач, поставленных оператором. Например, роботы, имеющие тактильные датчики, "ощупывают" неизвестные предметы, чтобы определить их форму. Алгоритм исследования предметов роботом может быть построен на основе анализа соответствующих движений человека. Таким образом, робот моделирует гностическую (познавательную) деятельность оператора.

Другой пример: робот, имеющий силовые и моментные датчики, расположенные на схвате или в запястье механической руки. Такой робот может использоваться при сборке деталей, например вал-втулка. Ощущая направление и величину сил реакции при неточностях, перекосах, робот корректирует движение сопрягаемой детали [53]. На начальном этапе сборки он может совершать пробные движения, чтобы найти нужное положение вала. Силовая обратная связь имеет важное значение и при управлении шагающими роботами [54]. Таким образом сочетаются гностическая деятельность и деятельность, непосредственно направленная на выполнение операции. Анализ того, как выполняется операция человеком, позволяет воспроизвести соответствующие процессы с помощью робота.

Разберем более подробно вопрос о том, каким образом обеспечивается информация о внутренних и внешних раздражителях в организме человека. При этом нас будет интересовать не устройство соответствующих рецепторов и нервных путей, а значение различных видов обратных связей в организме - афферентных воздействий. По этому признаку различают четыре типа таких воздействий: обстановочные, установочные, пусковые и обратные [55].

Обстановочная афферентация - это сложный комплекс различных воздействий, дающих общие представления об окружающей обстановке. Это представление определяет и реакцию человека, которая зависит от обстановки. Пусковая афферентация - это стимул, который приводит к определенной деятельности организма. Примером здесь может служить условный рефлекс животного, выработанный на данный раздражитель. Пусковая афферентация тесно связана с обстановочной: изменение обстановки может привести к нарушению условного рефлекса. Обратная афферентация информирует о результатах совершенного действия, давая возможность оценить его успех или неуспех. Например, человек может судить о том, что он взял стакан чая, на основании комплекса ощущений - тактильных, температурных, весовых. Восприятие этого комплекса ощущений и есть обратная афферентация. Следует различать обратную афферентацию и мышечную (проприоцептивиую) информацию, которая постоянно используется в процессе движения руки,- это информация о напряжении мышц, положении руки в пространстве. Такая информация может не восприниматься сознанием и не дает никаких сведений о том, достигнута ли цель движения. В связи с этим П. К. Анохин предостерегает от переоценки роли проприоцептивной обратной связи, которая является прямым аналогом обратной связи в автоматической системе. Природа афферентации в организме намного сложнее, чем простая обратная связь, поскольку всегда основана на восприятии комплекса ощущений и опыте индивидуума по распознаванию таких комплексов.

Обратную афферентацию можно подразделить на этапную-результат выполнения этапа деятельности и конечную - результат выполнения всего поведенческого акта. Например, установка детали на токарном станке включает в себя отдельные этапы - найти подходящую заготовку, взять ее, поднести к станку, установить, включить станок и т. д. При многократном повторении такой операции вырабатывается навык и для ее реализации необходим уже минимум обратной афферентации. Этот минимум П. К. Анохин называет ведущей афферентацией.

Обратившись к робототехнике, можно теперь заметить основные различия между системой очувствления робота и афферентацией у человека. Человек обладает целым комплексом ощущений, воспринимаемых им с помощью рецепторов различных модальностей (т. е. различных органов чувств). Возможности роботов существенно ограничены прежде всего потому, что они имеют только те рецепторы, которые важны для их практической деятельности (робот, не имеющий обоняния, не сможет отличить яблоко от воскового муляжа, т. е. ему доступны лишь однозначные ситуации).

Несовершенство рецепторов в значительной мере восполняется возможностью для робота гностической деятельности, предшествующей выполнению рабочих операций. Едва ли можно предположить какие-то ограничения в будущем на возможности роботов в опознании физических свойств объектов внешнего мира. Но будет ли решена в полной мере задача восприятия, если снабдить робот сразу всеми известными типами датчиков? По-видимому, на этот вопрос надо ответить отрицательно, ибо комплекс ощущений у человека не является их простой суммой. Это нечто целое, позволяющее судить о результатах действий или об обстановке лишь на основании всего предыдущего "чувственного" опыта человека. Используя взаимодополняющие восприятия, человек создает образ предметов, ситуаций или воздействий, что и позволяет ему успешно выполнять свою деятельность.

К этому надо добавить, что; как только мы поставим вопрос о распознавании в смысле соотнесения наблюдаемых объектов с определенным классом объектов, с понятием, мы тут же вернемся к концептуальным трудностям (см. с. 44). Здесь возможности робота ограничены словарем понятий и отношений, заложенных программистом. Например, исследовав незнакомый предмет, робот может прийти к выводу, что это колесо от автомобиля, лишь в том случае, если будет располагать необходимыми признаками таких колес.

Отметим, что восприятие роботом объекта идет от деталей к целому. В то же время человек обычно воспринимает объект в целом, а затем уже переходит к деталям. При этом ему не надо проводить дальнейшие исследования, чтобы убедиться, например, в том, что дом имеет не только фасад, но также стены, которые он не видит с данной позиции, двери, внутренние помещения и т. п. Все это уже следует из понятия "дом". Когда заранее известно, с какими объектами будет иметь дело робот, это обстоятельство не вызывает трудностей при программировании его движений. Например, робот в технологической линии на заводе выполняет операции с объектами, номенклатура которых известна, хотя их ориентация, или положение в пространстве, могут меняться в широких пределах. Значительно сложнее обстоит дело, когда робот выполняет операции автономно в незнакомой среде, например при исследовании поверхности чужой планеты. В этом случае программирование связано с использованием таких трудно формализуемых понятий, как "рельеф местности", "лежащий камень" и т. п.

Следует также различать проблемы распознавания объектов внешнего мира и распознавания символов - рукописного текста или устной речи. Это различие было очевидно уже Декарту, который писал, что, если бы даже были созданы говорящие машины, "они никогда не могли бы пользоваться ни словами, ни другими знаками, составляя их так, как это делаем мы, чтоб передавать другим наши мысли" [13, с. 301]. Правда, Декарт объяснял это отсутствием у машин души.

Попробуем разобраться, в чем состоит проблема распознавания роботом указаний, подаваемых голосом. Трудности здесь прежде всего в том, что одни и те же звуки произносятся по-разному разными людьми: различны тембр голоса и дикция. Тем не менее эту трудность, по-видимому, можно преодолеть, так как машина в состоянии распознавать достаточно широкий звуковой образ. Однако, как и при распознавании текста, здесь остается принципиальная трудность, связанная с психологией восприятия речи человеком. Человек воспринимает отдельные звуки речи (фонемы) в зависимости от контекста - от смысла всей фразы. Поэтому мы можем понять смысл фразы и в том случае, если речь нечетка, а отдельные звуки произносятся неправильно. Точно так же мы слышим мелодию, а не отдельные ноты. Это восприятие в целом опирается на осмысливание того, что человек слышит. Здесь используется его предыдущий опыт, элементы подсознательного, ассоциативная память и другие аспекты психологии мышления, которые относятся к числу не формализуемых.

Восприятие сложной ситуации также осуществляется человеком в целом с учетом характерных иногда малозаметных для постороннего признаков. От непосредственно воспринимаемых признаков мы переходим к скрытым свойствам объекта или ситуации в целом. Например, летчик может уловить неисправность в двигателе по незначительному изменению его звука и воспринять складывающуюся ситуацию как опасную. Этот аспект восприятия тесно связан с возможностью для человека предвидения дальнейших событий. Предвидение может играть решающую роль при работе в неопределенных или экстремальных условиях. Оно остается привилегией человека по тем же причинам, о которых говорилось выше.