- •Технические нервные системы Обучаемые системы управления со зрением для промышленных роботов
- •Оглавление
- •Введение
- •1. Аналитический обзор информационно-управляющих систем промышленных роботов
- •1.1. Современное состояние систем управления роботами, использующих процедуру обучения
- •1.2. Принципы функционирования обучаемых систем управления (технических нервных систем)
- •Павлов Иван Петрович (1849-1936)
- •Пуанкаре (Poincare) Жюль Анри (1854-1912)
- •1.3. Сравнительный анализ адаптивных управляющих систем управления с распознаванием образов и обучаемых систем управления
- •1.4. Анализ вопросов аппаратной реализации систем управления роботами
- •2. Моделирование обучаемых систем управления
- •2.1. Математическое моделирование процесса обучения обучаемой системы управления
- •2.1.1. Алгоритм обучения обучаемой системы управления
- •2.1.2 Алгоритм расчета рецепторных долей сигнала управления
- •2.1.3. Условие сходимости процесса обучения
- •2.2. Закономерности процесса обучения, выявленные с помощью его математической модели
- •2.2.1. Закономерности процесса обучения системы управления для двух ситуаций обучаемой выборки
- •2.2.2. Закономерности процесса обучения системы управления при последовательном предъявлении ситуаций
- •2.2.3. Обучение с масштабированием подобных ситуаций
- •2.2.4. Влияние заданной точности выходных сигналов на продолжительность обучения
- •2.2.5. Влияние отличительности образов ситуаций обучаемой выборки на продолжительность обучения
- •2.2.6. Влияние порядка предъявления ситуаций обучаемой выборки на продолжительность обучения
- •Первый вариант обучения:
- •Второй вариант обучения:
- •2.2.7. Влияние способа дробления входной информации на продолжительность обучения
- •1 Вариант.
- •2 Вариант.
- •2.3. Имитационное моделирование обучения системы управления решению некоторых задач
- •2.3.1. Имитационное моделирование процесса обучения поиску заданного предмета
- •2.3.2. Имитационное моделирование процесса обучения воспроизведению образов
- •2.3.3. Имитационное моделирование процесса обучения распознаванию образов (ситуаций)
- •3. Схемные решения обучаемых систем управления
- •3.1. Командные рецепторы обучаемой системы управления
- •3.2. Обучаемая система управления с внутренними обратными связями
- •3.3. Деление рецепторов обучаемой системы управления на группы
- •3.4. Обучаемая система управления с парными рецепторами
- •3.5. Распределитель выходных сигналов обучаемой системы управления
- •4. Исследование обучаемой системы управления, установленной на робот тур-10к
- •4.1. Выбор параметров обучаемой системы управления для промышленного робота тур-10к
- •4.2. Методика обучения робота тур-10к с обучаемойсистемой управления со зрением поиску заданного предмета среди прочих
- •4.2.1. Разработка методики выбора ситуаций обучаемой выборки для решения задачи поиска заданного предмета
- •4.2.2. Настройка резисторной матрицы обучаемой системы управления и результат обучения
- •4.3. Свойства и особенности обучаемых систем управления, выявленные в результате исследований
- •5. Реализация обучаемых систем управления
- •5.1. Варианты физической реализации обучаемых систем управления
- •5.2. Варианты электрической реализации обучаемых систем управления
- •5.2.1. Обучаемая система управления с резисторной матрицей из подстроечных резисторов
- •5.2.2. Обучаемая система управления с резисторной матрицей, элементы которой выполнены в виде графитовых соединений
- •5.2.3. Обучаемая система управления с резисторной матрицей, элементы которой выполнены из халькогенидных полупроводников
- •5.3. Обучаемая система управления со зрением для промышленного робота pm-01 (puma)
- •6. Технический подход к проявлениям сложной нервной деятельности
- •6.1. Обучение и самообучение объекта с технической нервной системой
- •6.2. Чувства и эмоции объекта с технической нервной системой
- •6.3. Мышление объекта с технической нервной системой
6.3. Мышление объекта с технической нервной системой
В 60-х годах ХХ века была сформулирована несколько странная научная задача – создание т.н. “искусственного интеллекта”. Но интеллект – это свойство, точнее характеристика объекта, имеющего способный к мышлению мозг. Уровнем интеллекта можно оценить умение того или иного объекта решать абстрактные задачи. Поэтому, чтобы получить искусственный интеллект (как побочный эффект), необходимо прежде всего разработать технический мозг, функционирующий по принципам мозга живых объектов и способный обладать интеллектом, который достигается обучением. Другими словами, необходимо прежде создать технический мозг, в котором осуществлен процесс мышления, а затем уже искать пути повышения его интеллекта. Такой мозг реализован в обучаемых системах управления.
Выходы технического мозга обучаемой системы через рецепторы выходных сигналов технического мозга соединены со строчными шинами его матрицы, и их сигналы влияют на формирование выходных сигналов управления, реализуя таким образом процесс мышления, а та часть технического мозга, строчные шины которой соединены с выходами мозга – мыслительная его часть. Интеллект технической нервной системы с определенным техническим мозгом характеризуется долей ее мыслительной части. Действия объекта управления, продиктованные воздействием только на рецепторы очувствления, без включения в работу мыслительной части мозга, когда, например, отключено питание рецепторов мозга, являются интуитивными, а действия при участии в формировании сигналов управления мыслительной части мозга – логические или разумные. Соединение выходов мозга через рецепторы выходных сигналов технического мозга со строчными шинами реализует самосознание объекта, поскольку выходные сигналы этих рецепторов являются информацией, характеризующей состояние объекта управления: покоя или движения, что позволяет мозгу контролировать поведение объекта управления и проявлять волю, т.е. переключаться с интуитивного поведения на логическое, переключением питания рецепторов очувствления и рецепторов мозга. При этом важно соотношение участия в формировании поведения объекта мыслительной и остальной части мозга, т.к. недостаточное участие мыслительной части приводит к формированию “животного” поведения, определяемого внешней ситуацией, а слишком большое – приводит к формированию “шизофренического” поведения, основанного на собственных фантазиях технической нервной системы, без учета реальной обстановки.
Как уже отмечалось в разделе 3.5, для управления одним исполнительным органом могут использоваться одновременно несколько пар столбцов технического мозга. Кроме этого, управление одним исполнительным двигателем может быть и последовательным. Для этого тоже используется множество выходов технического мозга, но сигналы от них поступают на управляющий вход исполнительного двигателя не одновременно, а попеременно. Такое управление реализуется переключением элементов коммутации, соединяющих управляющий вход исполнительного двигателя с выделенными для него выходами технического мозга. Переключение элементов коммутации может осуществляться внешними управляющими системами, а также специально выделенными и обученными для этого выходами технического мозга. Выходы технического мозга, выделенные для управления отдельным исполнительным двигателем, могут быть обучены различным образом, и для их обучения могут использоваться различные группы рецепторов. Если, например, для обучения одного выхода использовались рецепторы очувствления, а для другого – рецепторы выходных сигналов мозга, то переключение управления с первого выхода мозга на второй может рассматриваться как проявление воли.
Объекты с техническими нервными системами способны понимать речь и воспроизводить свои мыслительные процессы с помощью речи. Эти возможности достигаются обучением при наличии слуховых рецепторов и исполнительных органов типа “голосовых связок”. Понимание речи, точнее, смысла услышанного набора звуков, достигается переводом ее на свой внутренний язык. Воспринимаемый рецептором звук преобразуется в сигналы, которые, проходя через матрицу технического мозга, формируют выходные сигналы усилителей, связанных с тем исполнительным органом объекта, который наиболее близко воспроизводит услышанный звук. При этом сам исполнительный орган отключен от усилителей мозга распределителем выходных сигналов технического мозга, а управляющий сигнал усилителя подается через рецепторы мозга на матрицу. Таким образом, восприятие речи объектом аналогично его собственному мыслительному процессу, в результате которого принимается определенное решение, т.е. включаются в работу некоторые исполнительные органы или инициируется дальнейший мыслительный процесс в соответствии с обучением объекта, что и является восприятием смысла услышанной речи. Воспроизведение мыслительного процесса при помощи речи – процесс обратный. Мысль – это цепочка взаимосвязанных условных рефлексов, вызываемая внешней и внутренней ситуациями при отключенных исполнительных органах объекта. В этой цепочке каждый рефлекс, характеризуемый набором выходных сигналов технического мозга, вызывается предыдущими через рецепторы выходных сигналов мозга и, в свою очередь, участвует в формировании последующих. Результатом мыслительного процесса может быть включение в работу определенных исполнительных двигателей, управляемых определенными выходами мозга, т.е. переключение на выполнение некоторой задачи.
Мысль – это, в основном, не воспроизводимая вслух речь. Однако, в мыслительном процессе участвуют все исполнительные органы, а не только воспроизводящие звуки. Речь – это, наоборот, процесс мышления при включенных в работу исполнительных органах объекта, воспроизводящих звуки, если не учитывать жестикуляцию.
Результатом возможности мышления может стать способность к творчеству объектов с техническими нервными системами. Известно, что способность к творчеству присуща только человеку. Как сказано – он создан по образу и подобию Божьему, т.е. по образу и подобию Творца.
Под актом творчества понимается самостоятельное создание или открытие творцом чего-то нового, чего раньше он не создавал или чего раньше он не знал. В этом смысле к проявлениям творчества можно отнести и Джоконду и детские каракули, изобретение технической нервной системы и построенный ребенком домик из кубиков. К творчеству относят все виды искусств, изобретательство, научную деятельность и некоторые другие виды деятельности. Искусства предназначены для передачи чувств и эмоций творца окружающим, изобретательство – поиск решения технической проблемы, научная деятельность – познание законов бытия или, как считал А.Пуанкаре, – раскрытие единства.
Существует ли принципиальная возможность появления у объекта, оснащенного технической нервной системой, способности к творчеству? Ответ на этот вопрос – дело будущего. Однако подходы к этому вопросу можно определить сейчас.
Одним из неоходимых условий для возникновения творчества является способность к воспроизведению образов. Технически под творчеством будем понимать задачу обратную процессу обычного интуитивного управления, при котором действия объекта определяются внешней ситуацией. В процессе творчества действия объекта направлены на формирование внешней ситуации, соответствующей внутренним ощущениям, определяемым мыслительным процессом. Допустим, в результате мыслительного процесса возникает определенный набор сигналов управления на выходах технического мозга, повышающий мощность питания технической нервной системы, т.е. возникают определенные эмоции. Управление объектом в процессе творчества направлено на создание такого образа, например зрительного, который формировал бы сигналы на выходах технического мозга аналогичные полученным в результате мыслительного процесса. Такие образы уже могут быть восприняты другими объектами с техническими нервными системами, однотипно обученными, что является способом передачи информации и эмоций. Этот способ может быть важен для группы объектов с техническими нервными системами взаимосвязанных между собой, скажем, для роботов, совместно выполняющих одну задачу. Способность к творчеству должна формироваться обучением и самообучением объекта с технической нервной системой.
Если после окончания обучения и самообучения сформированные проводимости элементов мозга пронумеровать и измерить, то полученные числа в строгом порядке, соответствующим номерам элементов мозга, будут являться своего рода “вечной душой” данного объекта управления с технической нервной системой, которая позволит воссоздать двойник этого объекта без обучения, простой настройкой в соответствии с этими числами элементов матрицы технического мозга, строчные шины которой подсоединены к соответствующим рецепторам, а столбцовые – к соответствующим исполнительным органам. Техническая нервная система этого двойника может иметь другую физическую основу (гидравлическую, пневматическую, механическую, оптическую и т.д.) или даже не иметь физического воплощения (выполненная в виде, например, компьютерного виртуального объекта), а также может иметь смешанную природу.
