Адаптация робота и саморегулирование организма

Свойство саморегуляции организма дает широкие возможности для аналогий между человеком и роботом. И. П. Павлов писал: "...организм есть в высшей степени саморегулирующаяся система, сама себя поддерживающая, восстанавливающая, поправляющая и даже совершенствующая" [57]. Саморегуляция в организме, как и в технических системах, основана на принципе обратной связи. Однако формы ее реализации в организме значительно сложнее. Обратная связь может быть такой же простой, как при обычном рефлексе, но может быть и обратной связью высшего порядка, при которой прошлый опыт используется для регулирования линии поведения.

Все основные константы организма (содержание сахара в крови, осмотического давления, температура тела и т. д.) поддерживаются на основе саморегулирования, которое осуществляется по принципу обратной связи. Например, при интенсивной мышечной работе снижается содержание сахара в крови. Тогда возрастает количество адреналина, выделяемого в кровь; попадая в печень, адреналин приводит к распаду гликогена до стадии глюкозы, которая поступает в кровь и восстанавливает концентрацию сахара. Эта система регулирования управляется клетками надпочечников и головного мозга (гипоталамуса и гипофиза) и обеспечивает весьма высокую точность регулирования [55].

Аналогия с техническими системами регулирования (хотя последние несоизмеримо проще) здесь очевидна. Возможно, поэтому одна из первых работ в области робототехники, претендующая на моделирование особенностей живого организма, представляла собой гомеостат (Эшби). Гомеостат был способен поддерживать постоянное состояние (заданное расположение частей) или постоянную температуру, мог даже оказывать сопротивление факторам, препятствующим гомеостазису, и накапливать опыт.

Сегодня свойство адаптации широко используется в робототехнике. Например, существуют системы управления робота с адаптацией к весу груза. При изменении веса (что регистрируется силомоментными датчиками) параметры системы изменяются таким образом, что характер динамических процессов управления остается без изменения. При этом может использоваться эталонная математическая модель динамики манипулятора и математическая модель фактического движения, которая строится методами идентификации в процессе работы системы. Отклонения параметров фактической модели от эталонной и приводят в действие систему самонастройки параметров. Пользуясь языком аналогий, можно сказать, что робот как бы формирует модель своего внутреннего состояния и использует ее для саморегуляции.

Принцип подобной саморегуляции, по-видимому, получит дальнейшее развитие, так как во многих случаях динамика робота может существенно изменяться в зависимости от условий работы (например, под водой на разных глубинах и при наличии течений).

Насколько глубоки аналогии между человеком и роботом в данном случае? Отметим, что для роботов, по крайне мере существующих, правильнее говорить об адаптации, а не о саморегуляции, поскольку речь идет о приспособлении к внешним условиям. Однако эта грань весьма условна, поскольку не всегда можно определить, что для робота является внутренним, а что внешним.

Более важное отличие заключается в том, что в организме процессы саморегуляции могут приводить в действие высшие приспособительные механизмы - кору головного мозга. Например, при повышении осмотического давления крови специальные нервные клетки гипоталамуса распространяют возбуждение по определенным системам головного мозга [55, с. 293]. При этом у человека возникает чувство жажды, которое он удовлетворяет уже сознательно, и иногда для этого может понадобиться довольно сложная деятельность.

Попытки имитировать такую деятельность предпринимались. Например, уже упоминавшийся нами робот, созданный в университете Дж. Гопкинса, при снижении напряжения аккумуляторных батарей подъезжал к розетке и включался в сеть для подзарядки. Однако сходство с человеком здесь лишь в результатах деятельности (причем в узких рамках). Если розетка находится вне сферы действия датчиков такого робота, он ее не найдет. В то же время человек, испытывающий жажду, будет делать различные предположения, где найти воду, и предпринимать разнообразные действия, чтобы эти предположения проверить.

Таким образом, процессы саморегуляции, включающие на заключительной стадии сознательную деятельность, пока не могут быть воспроизведены роботами. Однако те процессы саморегуляции организма, которые происходят подсознательно, можно воспроизвести, причем углубление знания физиологии этих процессов у человека позволит все лучше воспроизводить их у роботов. Как отмечал П. К. Анохин, "работа саморегулирующихся механизмов ... достигается как в машинах, так и в организме на основе одной и той же функциональной архитектуры, т. е. на основе замкнутых систем и обратной афферентации. Это обстоятельство и является тем отправным пунктом, на основе которого физиология и кибернетика могут устанавливать дальнейший контакт и творческое содружество в работе" [55, с. 295].