В 60-е годы ученые всерьез верили, что уже через десять лет роботы будут управлять заводами и обучаться «на ходу». Один из таких проектов появился в Эдинбургском университете — робот Freddy.
Но вместо промышленной революции он стал причиной ожесточенных научных споров. И как считают историки, одним из символов первой «зимы искусственного интеллекта» в Великобритании и в мире.
Контекст: первые попытки создать интеллектуального робота
В 1965 году команда разработчиков из Центра искусственного интеллекта при Стэнфордском исследовательском институте (SRI International) решила создать первого в мире интеллектуального робота Shakey. Он умел:
-
анализировать окружающую среду при помощи телекамеры;
-
распознавать базовые геометрические объекты, раскрашенные в разные цвета;
-
анализировать данные и прокладывать оптимальный маршрут между двумя точками;
-
общаться с компьютером SDS 940 при помощи радиоантенны.
Экспериментальная модель не обладала манипуляторами для захвата предметов, а могла только ездить вперед-назад и поворачиваться на 360˚. Проект Shakey привлек внимание научной общественности, но в 1972 году проект закрыли из-за недостатка финансирования. Причина — в нем не увидели достаточную практическую пользу.
Однако первая попытка создать устройство на стыке робототехники и машинного распознавания стала катализатором для других исследовательских групп по всему миру.
В 1967 году Дональд Мичи вместе с Ричардом Грегори и Кристофером Лонге-Хиггинсом основали кафедру машинного интеллекта и восприятия в Эдинбургском университете. Основная задача формулировалась амбициозно: за 3–5 лет создать робота, который будет не только распознавать предметы, но и адаптировать своё поведение под новые задачи — например, разбираться в расположении деталей и менять последовательность действий без полной перепрошивки программы, — а также собирать конструкции при помощи манипулятора.
Проблем с финансированием на первом этапе не возникло. Дело в том, что в то время Агентство перспективных оборонных исследований США и Японский институт развития компьютерных технологий реально планировали создать полностью автоматизированные заводы уже через 10 лет.
В 1969 году к команде присоединились Стивен Солтер и Гарри Барроу и подключились к работе над роботом Freddy I. Первый отвечал за аппаратную реализацию, второй — за программное обеспечение и компьютерный интерфейс.
Робот представлял собой миниатюрное устройство с двумя колесамина независимых шаговых двигателях. Это позволяло ему как ездить вперед-назад, так и разворачиваться на месте. Спереди и сзади были установлены подвижные «бамперы», связанные с микропереключателями — так робот понимал, что наехал на препятствие. Под углом 45˚ располагалась видеокамера, снимающая объект.
Робот управлялся с компьютера Elliott 4130 по интерфейсному 24-жильному кабелю. ТВ-сигнал с камеры поступал в блок обработки: каждому пикселю присваивалась определенная кодировка, в зависимости от яркости, что позволяло определять очертания объектов.
Дополнительно Гарри Барроу написал алгоритм распознавания: считанная форма объекта преобразовывалась в набор связанных областей и сопоставлялась с базой стандартных изображений. Это позволяло компьютеру отличать чашку от игрушечного дерева.
Подробнее о том, как была реализована программная часть, можно прочитать в статье Барроу.
Но как и Shakey, Freddy I не нес практической пользы. И чтобы финансирование не свернули, Дональд Мичи понимал: нужна следующая версия робота, но уже с манипулятором, способным выполнять какую-то сборку.
Freddy II: автономный обучающийся робот, привлекший внимание СМИ
После первых результатов с Freddy I команда приступила к разработке следующей версии. Работа стартовала в 1969 году — вскоре после публикации статьи Барроу и Солтера «Разработка недорогого оборудования для исследований в области когнитивной робототехники» в журнале Machine Intelligence.
Версия робота получила название Freddy Mark 1.5 и внешне кардинально отличалась от прошлой модели.
Робот имел манипулятор, состоявший из двух параллельных пластин с электроприводами. Пластины могли сжиматься и расходиться, захватывая и отпуская различные предметы.
Еще рука могла:
-
перемещаться вверх и вниз;
-
вращать предметы вокруг как вертикальной оси (за счет поворота всего корпуса руки), так и вокруг горизонтальной оси — для этого на манипуляторе располагались отдельные пластины.
Это позволяло управлять ориентацией объектов в пространстве в любом направлении. Однако технически реализовать перемещение руки по осям x и y в горизонтальной плоскости было проблематично. Поэтому разработчики пошли на хитрость: под роботом двигалась рабочая поверхность с предметами по двум направляющим.
«Глазами» робота служили две камеры: одна смотрела вертикально вниз, а другая была установлена под углом на ферме, которая подвешивала руку над платформой.
Система работала на базе двух компьютеров:
-
Elliot 4130 с 384 КБ ОЗУ (тот же самый, что использовался для управления Freddy I) отвечал за вычисления;
-
Honeywell H316 с 16 КБ ОЗУ — считывал показания датчиков, передавая их в Elliot 4130, и управлял движениями приводов (как руки, так и платформы).
Программа была реализована на языке POP-2, созданном в 1970 году в том же Эдинбургском университете Робином Попплстоуном и Родом Берстоллом. Язык основывался на более ранних Lisp и ALGOL 60 и идеально соответствовал стоящим перед группой задачам.
Распознавание объектов работало примерно так же, как и у Freddy I: аналоговый сигнал с камеры оцифровывался и «раскладывался» на области по пикселям, которые сопоставлялись с каталогом базовых моделей.
Например, нужно было собрать игрушечную машинку из 12 деталей. Оператор раскладывал их на платформе: система распознавала каждую и соотносила с заранее записанной сборочной программой так:
-
распознать деталь А — взять ее из общей «кучи» и отложить в сторону;
-
распознать деталь Б — повернуть ее и поставить в нужное положение;
-
повторно захватить деталь А и правильно сориентировать;
-
совместить деталь А с отверстием детали Б;
-
вставить одно в другое.
Разработчики быстро столкнулись с двумя проблемами.
Во-первых, управление на уровне исполнительных механизмов — инструкции вроде «переместить сюда, переложить туда» — отнимало недели и не позволяло роботу адаптироваться под новые задачи.
Чтобы это решить, команда разработала язык программирования RAPT (Robot Assembly Parts Technology), где поведение задавалось на уровне объектов. Вместо пошаговых команд описывались правила взаимодействия с деталями, а конкретную последовательность действий система определяла сама.
Во-вторых, робот не понимал, захватил ли он объект и какое усилие при этом прикладывает.
Эту проблему решили добавлением тензодатчиков на «запястья»: система начала фиксировать факт захвата и контролировать силу сжатия.
Модернизация была настолько масштабной, что руководитель проекта Дональд Мичи решил переименовать робота из Freddy Mark 1.5 в Freddy II. С более подробным описанием работы системы можно ознакомиться в статье.
Работа над Freddy II была закончена в 1973 году, и результат казался невероятным. Робот реально сам обучался и решал поставленную задачу: собирал игрушечную машинку или лодку.
Но делал это крайне медленно — на одну простую сборку уходило до 16 часов — из-за несовершенства камер, большого числа промежуточных шагов и медленных приводов»..
Несмотря на проблемы, Freddy II приковал внимание СМИ: о нем писали газеты и выходили репортажи на ТВ. Дональда Мичи логично полагал, что чем больше будет разговоров о роботе, тем выше шансы, что финансирование перспективного проекта продолжится.
Однако он глубоко просчитался.
Дебаты на ТВ: как Freddy II стал одной из причин заморозки исследований
В 1972 году британский Совет по научным исследованиям (SRC), выделявший значительные средства на разработку ИИ (в том числе и на Freddy II), попросил математика Джеймса Лайтхилла составить доклад. Цель — оценить перспективы направления и понять, нужно ли продолжать финансирование в области искусственного интеллекта.
Лайтхилл занимался исследованиями в области аэроакустики и проектирования пилотируемых космических аппаратов, заслужив признание в научных кругах. В 1964 году он занял должность Лукасовского профессора математики в Кембридже (для понимания, до этого ее занимали Исаак Ньютон, Чарльз Бэббидж и Поль Дирак, а сменил Лайтхилла на этом посту Стивен Хокинг).
Лайтхилл завершил свой отчет в июле 1972 года и представил его общественности под названием «Искусственный интеллект: общий обзор» (в литературе он широко упоминается просто как «доклад Лайтхилла»).
Если кратко, то Лайтхилл дал крайне пессимистичный прогноз и заявил:
Большинство исследователей в области искусственного интеллекта и смежных областях испытывают сильное чувство разочарования в достижениях последних двадцати пяти лет. В эту область пришли примерно в 1950, а то и в 1960 году, с большими надеждами, которые оказались очень далеки от реализации в 1972 году. Ни в одной из областей науки сделанные к тому времени открытия не оказали того значительного влияния.
При этом Лайтхилл разделил все исследования в области ИИ на три категории:
-
А — продвинутая автоматизация;
-
В — создание роботов, а что служит «мостом» между категориями А и С;
-
С — компьютерные исследования центральной нервной системы.
И если в категориях А и С он отмечал «хотя бы некоторый прогресс», то любые усилия в категории В он назвал «наивными и даже безумными». Цитата:
Когда способные и уважаемые ученые пишут в письмах к автору данной статьи, что ИИ представляет собой еще один шаг в общем процессе эволюции. <…> Они полагают, что машинный интеллект превзойдет человеческий к 2000 году. Однако такие прогнозы в 1972 году, соотнесенные с текущими результатами, выглядят чересчур оптимистично.
В конце отчета указывалось, что в течение следующих 25 лет категория А превратится в инженерное направление прикладных технологий, категория С интегрируется с психологией и нейробиологией, а категория В будет упразднена.
Некоторые исследователи вроде Роджера Нидхема и Кристофера Лонге-Хиггинса не согласились с докладом Лайтхилла и прислали письма с альтернативными точками зрения. Они подчеркивали, что категория В относится к фундаментальным исследованиям в области ИИ и ее «потенциал видится колоссальным».
Но острее всего среагировал Дональд Мичи. У него уже был работающий интеллектуальный робот, способный «сам принимать решения», а доклад Лайтхилла грозил концом финансирования проекта. Мичи задал более серьезные вопросы:
-
С кем конкретно общался Лайтхилл?
-
Есть ли какие-то ссылки на исследования, подтверждающие его слова?
-
Как была сформулирована методология оценки и классификации?
И в завершение, Дональд Мичи просил увеличить финансирование и приобрести мэйнфрейм PDP-10. По его словам, это позволит «Великобритании в ближайшие 10 лет стать конкурентоспособной на международном уровне в области ИИ».
Споры были настолько жаркими, что BBC решила провести 9 мая 1973 года телевизионные дебаты в прямом эфире, пригласив Мичи, Лайтхилла, а также Джона Маккарти (автора термина «искусственный интеллект» и изобретателя Lisp) и Ричарда Грегори (профессора нейропсихологии из Бристольского университета).
Дебаты прошли в зале Королевского института в Лондоне и привлекли большое внимание — свободных мест не было.
Лайтхилл начал с обзора своего доклада, объяснив различия, которые он увидел между автоматизацией и тем, что он назвал «миражом универсальных роботов».
«Фундаментальные проблемы ИИ с математической точки зрения настолько велики, что они вряд ли будут преодолены в ближайшем будущем и вообще в принципе. Роботы не смогут рассуждать о мире так же, как и люди», — заявил Лайтхилл
Мичи в ответ продемонстрировал видеозапись, на которой Freddy II собирает игрушечную машинку, и объяснил, как робот обрабатывает информацию.
После короткой перепалки между Мичи и Лайтхиллом, высказались два других участника, в целом поддержав позицию первого. Например, Джон Маккарти сказал:
ИИ — это самостоятельная область исследований, а не просто мост между автоматизацией и роботом, имитирующим человеческий мозг
После дебатов большая часть научного сообщества также встала на сторону Дональда Мичи и предложила продолжить финансирование ИИ как фундаментальной дисциплины.
Однако SRC прислушался к Лайтхиллу. В результате перспективные проекты, в том числе Freddy II, лишились финансирования. Так начался период, получивший название «зимы ИИ», благодаря выступлению Роджера Шанка и Марвина Мински на ежегодном собрании AAAI («Американская ассоциация искусственного интеллекта») в 1984 году.
Последствия: робот стал экспонатом музея, а исследования отложили на десятилетия
Стоит отметить, что «зима ИИ» наступила не только в Великобритании и была вызвана целым набором факторов. Freddy II, скорее, стал одним из заметных эпизодов — во многом потому, что его работу показали в рамках широко освещаемых телевизионных дебатов.
Freddy II был лишь одним из факторов. Вот что ещё повлияло на заморозку финансирования исследовательских проектов в период 60-х — 70-х годов:
-
1966 год — отчет ALPAC (организации из семи ученых во главе с Джоном Пирсом), в котором указывалось, что за 10 лет в области машинного перевода не было никакого прогресса.
-
1969 год — критика концепции перцептрона, изложенная в книге Мински и Паперта, из-за которой исследования Фрэнка Розенблатта были значительно сокращены.
-
1973 год — сокращение финансирования всей области ИИ со стороны DARPA («Управления перспективных исследовательских проектов Минобороны США») из-за отсутствия результатов в автоматическом распознавании речи.
Проект Freddy II официально закрыли в 1976 году, а робота передали в дар Королевскому музею Шотландии.
Джеймс Лайтхилл продолжил исследования в области гидродинамики. В 1971 году он был посвящен в рыцари, а в 1976 году избран членом Национальной академии наук. В 1983 году Лайтхилл получил Золотую медаль института математики «в знак признания его выдающегося вклада в математику и ее приложений на протяжении многих лет».
Дональд Мичи остался на должности профессора в Эдинбургском университете, позже основав Институт Тьюринга в Глазго. Он продолжал заниматься робототехникой и в 1982 году написал книгу Machine Intelligence and Related Topics, в которой единственный раз высказался по докладу Лайтхилла:
Работа талантливых молодых людей, добившихся выдающихся результатов, была заклеймена как некачественная наука, а эксперимент был прерван на полпути. Это было возмутительно.
Область искусственного интеллекта пережила ещё один серьёзный спад финансирования в 80-е годы. И только с 2000-х интерес к теме начал возвращаться. Сегодня мы наблюдаем новый виток — ИИ снова в центре внимания, уже не как академический эксперимент, а как прикладная технология: от генеративных моделей до автоматизации сложных процессов.
Порой судьба целой отрасли зависит от выводов людей, распределяющих финансирование. Интересно, что бы сказал Джеймс Лайтхилл, если бы был жив? Признал бы свою неправоту? Или, наоборот, отметил бы, что в 1972 году ограничения подхода были вполне объективными? Этого мы уже не узнаем.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS
Автор: klimensky
