Шейнманом по заказу Дженерал Моторс. Эта рука выпускалась тысячными тиражами, ее наивысшее достижение – успешная операция с помощью робота PUMA-560 на головном мозге.
На этом, собственно говоря, научная история промышленных роботов заканчивается и начинается индустриальная, ее события в основном развернулись в Японии, ставшей практически монополистом в этом направлении.
Экзоскелеты, манипуляторы и короботы
Роботы могут быть не только самостоятельными механизмами, но и составными частями системы человек-машина, расширяющими возможности человека – это экзоскелеты, манипуляторы и короботы. Из этих трех категорий раньше других появились экзоскелеты, название переводится как «внешний скелет». Экзоскелеты могут быть активными, то есть исполнительными механизмами снабженными собственным источником энергии, или пассивными, использующими только энергию человека.
Признанным автором первого экзоскелета был российский изобретатель и это тот редкий случай, когда нет нужды бороться за приоритет. Николай Александрович Ягн (1849–1905) назвал его эластипедом. Он родом из чешских немцев, учился в Петровско-Разумовской земледельческой академии, изобрел множество различных устройств, в том числе регулятор для автоматического наполнения парового котла и поддержания в нем уровня воды и даже новый тип подводной лодки. Венец его карьеры эластипед – приспособление для облегчения ходьбы, он представлял собой систему пружин, которые закреплялись на теле человека, автор рассматривал его как средство для скоростного перемещения пехоты. Однако военным трудно было представить скачущих на пружинах пехотинцев, поэтому изобретение осталось на бумаге. Сегодня эта идея реализована в джоли-джамперах – небольших развлекательных ходулях с изогнутой рессорой, позволяющей прыгать на высоту до 2 метров. Современные активные экзоскелеты снабжаются автономными источниками энергии, различными приводами и исполнительными механизмами, усиливающими человеческие конечности и снимающими нагрузку с позвоночника. Их распространению в промышленности и в военном деле мешает нерешенность проблемы источника энергии, надежды связывают с водородными элементами. Кроме полных экзоскелетов, существуют и частичные – это протезы конечностей.
Появление манипуляторов связывают с необходимостью дистанционной работы с радиоактивными материалами: потребовались устройства, воспроизводящие действия человека в изолированном от него помещении. Сначала для этой цели использовались простые механические пантографы, но в конце 40-х в Аргонной лаборатории, которой руководил Энрико Ферми, были разработаны электромеханические манипуляторы с сервоприводами и обратной связью.
Новейшим и наиболее перспективным из трех направлений являются коботы, или коллаборативные роботы (cobots) – это почти автономные роботы, участвующие в трудовом процессе совместно с человеком. Они делят с человеком общее рабочее место, в этом их принципиальное отличие от промышленных роботов, функционирующих по определению в изолированном от человека пространстве. Из соображений безопасности здесь ключевой проблемой является взаимодействие человека с роботом, причем речь идет не о фантазийном, азимовском, а о совершенно реальном. Одно из основных правил – энергия, питающая робота, всегда под контролем человека.
Изобретателями коботов стали профессора Эдвард Колгейт (Edward Colgate) и Майкл Пешкин (Michael Peshkin) из не слишком известного в России Северо-Западного университета (Northwestern University) в Эванстоне, штат Иллинойс. На самом же деле, этот университет в списке 20 лучших университетов мира. Ученые усомнились в сложившемся представлении о роботе, как о чем-то обязательно автономном и в 1997 году получили патент на «устройство и метод прямого физического взаимодействия между человеком и универсальным манипулятором, управляемым компьютером». Это содружество открывает фантастические возможности, коммерциализация коботов произошла практически мгновенно, первые серийные продукты были выпущены уже в 2004 году. Коботы могут облегчить деятельность человека на рутинных операция (логистика, упаковка), обеспечить большую точность и качество в металлообработке, они могут быть включены в системы автоматизации проектирования и производства CAD/CAM и в многое другое. Уже сейчас разрабатывается семейство Cobot-Air которое позволить принципиально изменить процедуры обслуживания самолетов, оно будет включать как колесные машины, так и летающие дроны для обслуживания верхней части фюзеляжа.
Рынок коботов является одним из самых быстрорастущих, в 2020 году он составит примерно 1 млрд долл. и ближайшее десятилетие предполагается ежегодный рост 30–50 %.
Чатботы и виртуальные помощники
До появления нынешних мультимедийных средств казалось, что роботы могут иметь только материальное воплощение для занятия физическим трудом. Но с появлением разнообразных устройств, поддерживающих человеко-машинный интерфейс, с одной стороны, с другой, с возрастанием роли данных в современной экономике, изменилось представление о труде. Умственный труд оказался не менее важен, чем физический и, как следствие, оказалось насущным создание виртуальных роботов для автоматизации такого труда. Виртуальные роботы, не рассматриваются в качестве замены человеческого интеллекта, а как средство для его расширения (Augmented AI, AuI). Это направление роботизации находится на начальном уровне развития, пока самыми распространенными приложениями, относимыми к роботам, остаются речевые технологии (conversation-based technology). В их числе разговорные роботы чатботы (chatbot), речевые агенты (conversational agent) и виртуальные помощники (virtual assistant). В порядке возрастания сложности они могут быть упорядочены:
• Чатбот, действует в режиме один вопрос – один ответ (single-turn exchanges), например, «Гугл, какая гора самая высокая на Земле?»
• Речевой агент, вступает в диалог с пользователем, стремясь понять его проблему. Такой агент обучен задавать заранее подготовленные вопросы, чтобы выйти на возникающую проблему и по возможности ее решить, например, при обращении в банк: «Моя карта не срабатывает».
• Виртуальный помощник, настраивается на индивидуальные запросы клиента, пользуется накопленной о нем информацией, по мере взаимодействия с клиентом обучается и повышает качество ответов. Он может напомнить расписание полетов или список дел.
Создание виртуальных роботов требует решения двух проблем. Одна в большей мере формальная или техническая, она делится на две составляющие: распознавание и воспроизведение речи, задачи из этой категории уже имеют более или менее удовлетворительные решения. Другая категория – то есть содержательная – «понимание» обращений пользователя и формирование ответов.
Свою историю речевые боты ведут от программы ELIZA, написанной в 1966 году профессором МТИ Джозефом Вейцбаумом. Качественно новый шаг через 30 лет совершил Ричард Уоллес (1960), создатель виртуального собеседника «Искусственное лингвистическое интернет-компьютерное существо» A. L. I. C. E. (Artificial Linguistic Internet Computer Entity). Уоллес создал AIML язык разметки для AI по образу и подобию XML.
Между ELIZA и современными речевыми технологиями возник разрыв на несколько десятилетий, в первую очередь он был обусловлен отсутствием необходимых средств для распознавания речи (Automatic speech recognition, ASR) и воспроизведения голоса (Speech synthesis). Первая из этих задач оказалась чрезвычайно наукоемкой и потребовала более полувека работы большого числа специалистов. Нетрудно догадаться, что в ее решении были заинтересованы многочисленные спецслужбы разных государств, начало деятельности в этом направлении описано в «Круге первом» А. И. Солженицына. На речевой ввод возлагались огромные надежды – еще в 1977 году Билл Гейтс заявил, что через десять лет клавиатуры станут не нужны, компьютеры смогут понимать человеческую речь. В 1987 году он