Где учат роботов... думать? — фоторепортаж

Роботы-автомойщики, роботы-полицейские, роботы-спасатели, роботы для уборки огурцов на грунте, техника для обнаружения проливов, утечек и возгораний — вся эта техника в скором будущем будет обладать искусственным интеллектом с постоянно растущей нейронной сетью, как у головного мозга человека. Звучит фантастически, но именно этого добиваются в Институте информатики и проблем регионального управления при Федеральном научном центре «Кабардино-Балкарский научный центр Российской академии наук» в Нальчике.

Недавно центр выиграл конкурс фонда Бортника (Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере) и запустил программу по искусственному интеллекту «Интеллектуальная интегрированная система активной защиты растений» на средства гранта — 4 млн рублей. Робот будет ездить по полю, следить и ежедневно обрабатывать от 30 до 50 га.

Федеральный научный центр объединяет 4 института и несколько научно-инновационных центров. В 2023 году центру будет 30 лет, а робототехникой в нём занимаются с 2009 года.

Институт информатики проблем регионального управления, на базе которого развивается робототехника, изучает теоретическую информатику, искусственный интеллект, робототехнику, проблемы регионального управления.

«Роботы по полям пока не ездят. Но последняя версия роботов уже готова. На данный момент внедрили метеостанцию — как удаленный объект», — рассказывает Залимхан Нагоев, кандидат технических наук, генеральный директор КБНЦ РАН в Федеральном научном центре «Кабардино-Балкарский научный центр Российской академии наук» в Нальчике.

В научном центре начинали с академических исследований в области теоретической информатики.

«В этом направлении наиболее интересна школа по искусственному интеллекту, которая пока не до конца сформирована. Система искусственного интеллекта развивается по гипотетическому признаку работы головного мозга человека, так называемая когнитивная архитектура. В России мало этим занимаются, на западе в основном все ключевые достижения, которые вошли в практику, связаны с когнитивными архитектурами. Робот — это такая структура, которая в реальный мир погружена физически, значит, у него должны быть сенсоры, эффекторы, они создают потоки данных. Эти потоки не структурированные, неопределенные, динамические, частично наблюдаемые. Все проблемы, которые связаны с работой в условиях реального мира, в отличие от чисто компьютерных программ, в роботах это все присутствует. Они развиваются, как младенцы», — говорит Залимхан Нагоев.

Следующая технологическая волна, которую ждет весь мир, — это массовые мобильные бытовые, сельскохозяйственные сервисные роботы. Пока что есть всего два таких массовых робота — робот-пылесос и дроны. У них упрощенные и ограниченные среды, нет реального мира, как например, у робота-курьера. Ключ к технологическому прорыву и к экономическому буму от внедрения робота лежит во внедрении искусственного интеллекта. Проблема не в финансировании, все крупнейшие мировые компании пытаются это сделать. В кадрах тоже недостатка нет.

Почему прогресс едва движется?

«В искусственном интеллекте две ключевые проблемы. Первая в том, что никто не знает, что такое интеллект. Есть много определений, но нет общепринятого. Никто не знает, что такое мозг с функциональной точки зрения. Искусственный интеллект — это чистый функционализм, техноризированный. Никто не может понять, как это работает. Вторая проблема — никто не знает, как это можно сделать. Более близок в работах это подход известного советского нейрофизиолога Анохина. Его учение — гипотеза о противном нейроне. Считается, что нейрон головного мозга посылает электромагнитные импульсы, считается, что это реакция. А Анохин говорил, что нейрон — это живая клетка, ему нужно питаться, поэтому электромагнитные импульсы, которые он посылает, это сигналы, которые направлены на достижение каких-то результатов в будущем. Есть цель, которую преследует нейрон, посылая сигналы. Когда эти нейроны в совокупности друг с другом работают, они образуют динамические функциональные системы. То есть одни и те же нейроны могут участвовать в решении разных задач», — говорит Залимхан.

Зачатие умного робота

В мире есть только частные решения задач, таких как управление динамикой манипулятора, управление ориентацией навигации. Кооперативное поведение, распознавание, понимание языка — в этих направлениях есть только единичные решения, фундаментального тоже нет. Подход к искусственному интеллекту в исследовательском центре состоит в том, чтобы не решать отдельно эти задачи, а сделать ядро самоорганизующихся нейронов, как живых клеток, чтобы использовать его для решения задач. Это все объединяется в робота, который будет погружен в реальную среду.

«Чтобы робот поехал по полю, надо решить задачу ориентации навигации, чтобы он мог что-то делать манипулятором, надо им управлять, должно быть распознавание. Как объяснить роботу, что надо делать? Если доехать из точки в точку, это легко можно сделать при помощи планшета. А если задача сложная и многозадачная — это нерешенная фундаментальная проблема постановки миссий. Мы много лет работаем над созданием интеллектуального ядра. Есть нейрон головного мозга, его невозможно воспроизвести, его можно рассматривать как агента. Современные компьютерные программы, боты — это программные агенты. Пока у нейрона есть энергия, он живой, когда энергия заканчивается, он погибает и выходит из процесса вычисления. Снабжаем его возможностью принимать и посылать сообщения и добиваемся того, чтобы нейроны координировались друг с другом. Чтобы добиться их координации, нужно разделить на уровни. Один слой понимает только предыдущий и может разговаривать только с последующим. Допустим, есть 1 млрд нейронов, которые отвечают за распознавание, к примеру чашки, они должны приходить в связь с нейронами, которые отвечают за действие взять чашку, поставить чашку и т. д. Эти два слоя понимают только друг друга, а другие сообщения игнорируют. Таким образом складывается когнитивная архитектура», — рассказывает Залимхан Нагоев.

Осталось создать мозг

Чтобы моделировать мышление, надо моделировать мысль. Мысль — это нейроны определенных типов и языки, на которых они разговаривают. Эту систему собирают сотрудники центра, помещают в подобие робота, ставят задачу выживания в среде и прописывают правила взаимодействия друг с другом. Если они смогли из какого-то негативного состояния перейти в позитивное, значит, что среда даёт ему вознаграждение. Далее это вознаграждение распределяется между всеми нейронами, которые принимали участие. То же самое происходит в головном мозге.

«Наш подход называется мультиагентная нейрокогнитивная архитектура, гипотетически пытаемся понять и разработать устройство головного мозга. Мы поняли, как это работает, вторая проблема — как это сделать. 100 млрд нейронов, как их создать. Идея такая: сделать модель ребенка, и каким-то образом пытаться ее развивать. Чтобы это было подконтрольно и чтобы мы понимали, что происходит, мы делаем графический редактор, который позволяет создавать эти нейроны и выстраивать связи между ними. Потом впускать это в работу и смотреть, как идут процессы самоорганизации. У нас есть программные нейронные фабрики, и при необходимости выделяются новые нейроны», — говорит ученый.

В научном центре также разработали умных роботов-ретейлеров и роботов-парковщиков, которые вполне в обозримом будущем заменят людей в крупных сетевых магазинах.