Все полученные машиной элементы информации связаны между собой сложной системой взаимозависимых отношений. Прибегая чаще к аналогиям и заключениям, чем к логическим выводам, машина сортирует, объединяет и синтезирует эти элементы, постепенно развивая свою способность "мыслить".
Первые такие машины появились в конце 50-х годов.
Они доказали около сорока теорем и решали простые задачки типа "постройка детской пирамиды".
Уже в 60-х годах можно было побеседовать о погоде с машиной, имеющей понятие о метеорологии и обладающей знаниями синтаксиса, которые ей необходимы для правильного построения фраз. Когда, например, ей говорили: "Я не люблю дождь летом", она очень вежливо отвечала: "Да, но дождь летом бывает не так часто".
Другая программа, получившая название "Бейсбол", отвечает на все вопросы, связанные с матчами года: место встречи, счет, состав команд. Что касается программы "Сэд Сэм", то она уже стала интересоваться семейными отношениями своих собеседников, правда, не имея о том никакого понятия. И только в 1965 году машина "Сэр" стала больше внимания уделять значению слов, а не их расстановке во фразе. А машина такого же типа "Стьюдент", как хорошо успевающий учащийся, решала уравнения первого порядка, формулируя последовательность их решения на беглом английском языке.
Чем в большей степени вводимые в машину знания относятся к специальной области, тем больше шансов существует за то, чтобы машины их освоили. В настоящее время некоторые из них являются самыми настоящими "экспертами". Они уже помогают специалистам определять, например, насколько богат рудой тот или иной геологический пласт, или ставить диагноз при инфекционном заболевании.
Для создания таких искусственных "специалистов" необходимо передать им знания специалистов-людей.
Но, как это ни парадоксально, главная трудность как раз заключается в том, чтобы "изъять" эти знания из мозга человека. Врач, например, ставит свой диагноз, исходя из опыта, следуя при этом правилам, которыми он пользуется почти бессознательно, автоматически.
И вот исследователи проводят долгие часы, интервьюируя врачей и других специалистов, чтобы затем уяснить для себя основные закономерности, свойственные процессу их мышления. Как только удастся восстановить весь ход их рассуждений, будет относительно несложно воспроизвести его в программе вычислительной машины.
Начиная с 1965 года машина "Дендрал" - первый искусственный "специалист", созданный в Стенфордском университете Э. Файгенбаумом, помогает химикам определять молекулярную структуру веществ. Другой эксперт, "Проспектор" ("Старатель"), тщательно исследует геологические карты и пробы грунта для определения возможных месторождений. В штате Вашингтон им было открыто богатое месторождение молибдена.
Что касается машины "Медцин", ее программа была составлена в 70-х годах, то она ставит диагнозы при инфекционных заболеваниях, если ей сообщат результаты анализов и основные симптомы заболевания. И что самое важное, она в любой момент объяснит причину, по которой ставит именно такой диагноз, а не другой, если таких объяснений потребует от нее пользователь.
В университете Питтсбурга специалист по компьютерам Г. Поупл и специалист по внутренним болезням Дж. Майерс создали программу "Кадуцей", которая содержит в своей памяти больше симптомов болезней, чем смог бы в любом случае запомнить врач. Программа позволяет ЭВМ комбинировать факты, оценки и суждения и ставить сложные диагнозы. Машина ставит диагноз?
Да! И вот тому пример. В этот компьютер были однажды введены детальные сведения о пожилом человеке, доставленном ночью машиной "скорой помощи" в университетскую клинику. У него был плохой вид и одышка. Сердечный приступ? "Это было мое первое предположение", - рассказывал доктор Майерс.
Принимая во внимание картину состояния больного - отсутствие болей в области грудной клетки, перенесенный ранее сердечный приступ, нормальное давление крови, запись в истории болезни о диабете, - компьютер отверг более десятка предположенных заболеваний, предварительно оценив их проявления, а затем на экране появилось сообщение о главном подозрении: "предварительный диагноз - диабет сахарный".
Компьютер запросил об уровне сахара в крови у больного. Довольно высокий. Он задал другие вопросы, чтобы вынести завершающее решение по диабету, а затем объявил: "отвергнуть диагноз - диабет -сахарный".
Далее последовали новые диагностические вопросы о шумах в сердце, о результатах прослушивания дыхания (дыхательных шумов) и рентгеновского просвечивания грудной клетки... Через несколько минут компьютер вынес заключение, что больной является жертвой сердечного приступа. Врачу потребовалось бы несколько дней, чтобы прийти к такому же решению.
В сложных или в необычных случаях "Кадуцей" ставил более правильный диагноз и тщательнее, чем это делали практикующие врачи. По словам доктора Дж. Майерса, компьютер почти всегда соглашался с врачом-специалистом, у которого было достаточно времени, чтобы изучить каждый симптом у пациента.
После проведения дополнительных испытаний "Кадуцей" смог бы стать обычным советчиком докторов, и он, возможно, даже уменьшит стоимость медицинского обслуживания, поскольку врачам придется назначать больным меньшее число анализов, руководствуясь вопросами компьютера. Ведь не секрет, что лечение в США, включая анализы, стоит очень дорого.
Уже существует около 50 таких новоиспеченных "специалистов". Предсказывают, что у них будет многочисленное потомство. В Японии, например, работают над созданием ЭВМ, которая будет автоматически переводить и отпечатывать документы, совершая для этого распознавание живой и письменной речи. Все, чго придется делать пользователю, - это произносить команды. Если машина не поймет, она заговорит, будет задавать вопросы. Она будет делать выводы на основе собственных "суждений". Кроме того, она будет учиться, запоминая свои ошибки.
Возможно, что "экспертные системы" будущего станут давать советы не только инженерам, врачам и химикам, но даже любителям-цветоводам, ухаживающим за прихотливыми комнатными растениями. Они обретут роль обычных, будничных консультантов.
РОБОТЫ
ВОКРУГ НАС
ТАМ, ГДЕ ТРУДНО, ВРЕДНО, ОПАСНО
Ежегодно шахтерами выдается на-гора более 70 миллионов тонн угля, количество, конечно, впечатляющее.
Однако средний прирост добычи из года в год снижается, и есть тому объективные причины. Главная - в том, что добывать уголь из-под земли становится все трудней. Поэтому в постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР (1981 г.) "О мерах по ускорению технического перевооружения шахт Министерства угольной промышленности СССР" сказано, что надо уделить самое серьезное внимание созданию и внедрению автоматизированных средств добычи угля без постоянного присутствия людей в забоях.
В чем же состоит техническая сторона вопроса?
В 30-е годы шахтерский мир всколыхнул рекорд А. Стаханова. Тогда же появились тысячи его последователей, верно уловивших суть: если раньше забойщик сначала отбивал уголь, а затем сам же укреплял кровлю забоя деревянными стойками, то А. Стаханов рубил и рубил уголь, молотка из рук не выпуская, кровлей же занимались шедшие за ним крепильщики.
Так пришло в шахты разделение труда - первая предпосылка автоматизации.
Вскоре мощные угольные комбайны вытеснили отбойные молотки, а деревянные стойки заменила гидравлическая механизированная крепь. Комбайн ходил вдоль штрека, слой за слоем снимая уголь.
Изобретатели, оценив этот процесс с точки зрения его комплексной автоматизации, отметили главные недостатки. Первый: добыча угля в каждый момент времени сосредоточена около единственной точки пласта, где в него "вгрызается" бешено вращающаяся головка комбайна. И второй: крепежные секции перемещаются независимо друг от друга. Отсюда вывод: чтобы полностью автоматизировать такой процесс, необходимо связать комбайн и крепь в единый комплекс системой датчиков, управляющих и исполнительных узлов.
И вот появился первый проект робота-шахтера. Его двенадцать резцов движутся по забою, снимая уголь уже по всей кромке пласта. Непрерывную подачу агрегата в забой осуществляют части секций крепи, которые в данный момент подпирают кровлю. Оставшиеся ни во что не упираются, а подтягиваются вслед за комбайном.
Догнав его, крепи занимают рабочее положение и теперь сами толкают систему. Затем наступает черед шагать другим опорам, домкраты которых раньше были основным держателем. И так далее. Получается, что крепь движется в забое, как червяк в грунте, непрерывно продвигаясь вперед.
Таким агрегатом, высвободившим труд многих горняков, управляет всего один человек, да и тот переместился в штрек, куда вынесен пульт управления.
Это в общих чертах идея робота-шахтера. Однако прежде, чем она стала реальностью, предстояло рассчитать ее конкретные узлы, "привязать" их параметры к условиям забоя. Ведь пласт имеет сложную, порой весьма искривленную конфигурацию, в которую должен вписаться умный агрегат. Кроме того, ему необходимо двигаться в пласте с заданной скоростью по определённой траектории.
Но вот появились и первые успехи: "Мировой рекорд добычи из крутых пластов! С помощью робота-шахтера АК-3 выдано на-гора 2595 тонн в сутки".
Агрегат зарекомендовал себя отлично. Он может заменить работу восьми участков шахты численностью 450 человек.
Его изобретатель А. Долинский стал победителем Всесоюзного конкурса Минуглепрома СССР, создав лучший проект безлюдной выемки. Появился приказ о серийном изготовлении АК-3 на Киселевском машиностроительном заводе. В 1980 году право на изготовление агрегата приобрела одна из западногерманских фирм.
Агрегат А. Долинского - первое поколение роботизации подземных работ. Пока еще при АК-3 должен, правда, в штреке находиться человек. Но конструктивные особенности агрегата таковы, что он близок к тому, чтобы стать истинным роботом. Прежде всего ему необходимо очувствление для определения границы "порода - уголь". Здесь самым перспективным считается изотопный метод, позволяющий вести анализ границы с помощью радиоактивного излучения.
Очувствление роботу-шахтеру необходимо еще и потому, что обстановка в забое меняется практически каждую минуту: может измениться угол наклона пласта, прорваться вода или обрушиться свод. Чтобы робот мог ориентироваться в любой ситуации, следить за тонкостями процесса, ему нужен телеглаз. Но электроаппаратура, в том числе и телевизионная в традиционном исполнении, для шахт неприемлема: она взрывоопасна.
Здесь вполне подойдут гибкие световоды. Обрабатывать информацию от датчиков и управлять всем процессом работы станет микро-ЭВМ, вынесенная из опасной зоны в штрек. А свяжут компьютер с агрегатом те же световоды.
Разработка всех этих средств управления намечена программой Минуглепрома СССР по созданию и внедрению автоматических манипуляторов (промышленных роботов). Естественно, агрегат А. Долинского только часть этой обширной программы. В ней также предусмотрено освоение в 1990 году серийного производства многих видов добычного и проходческого оборудования с автоматическим управлением. Кроме того, будут выпущены манипуляторы и для вспомогательных операций: транспортировки, погрузки и разгрузки угля.
И наконец, две шахты к 1990 году станут шахтами будущего: управление здесь полностью передадут автоматике.
Существуют и другие роботы-шахтеры, добывающие, например, руду. Но здесь есть масса специфических проблем. Уголь - порода сравнительно мягкая. Комбайн рубит его непрерывно. В рудниках же основным добывающим "инструментом" пока является взрыв. Без него, увы, не обойтись. Технологическая схема добычи давно устоялась, хотя отрицательных моментов хватает.
Скажем, на проветривание штрека после взрыва уходит не меньше смены. В это время все замирает, ведь работать в пыли людям невозможно. Раньше все происходило так: рабочий нес на плече перфоратор - сверлильное устройство, напоминающее отбойный молоток; высверливал в стене штрека несколько отверстий. Следом приходил взрывник, закладывал в отверстия взрывчатку, подсоединял проводку, уходил в безопасное место. Взрыв! Густое облако пыли заволакивало все вокруг. Когда штрек проветривался, приезжал экскаватор и грузил отколотую взрывом породу.
Первая волна механизации и автоматизации началась лет пятнадцать назад. Перфоратор стал самоходным, повышенной мощности, а значит, и производительности. Рабочий толкал впереди себя тележку, жало перфоратора вгрызалось в породу. Все-таки это лучше, чем таскать железную махину на плечах и держать на весу при сверлении. Появились скреперные лебедки, диспетчерские системы связи и многое другое.
Но вот появился и робот-рудокоп, уже не просто перфоратор, а целая система, которая автоматически "прицеливается" в стену штрека, предварительно датчиками нащупав его верхнюю кромку. Разводит буры на нужные расстояния друг от друга. Процесс бурения контролирует мини-компьютер "Электроника-60". Он реагирует на крепость породы, ведь она часто меняется по мере углубления бура, регулирует число оборотов, усилие подачи бура, дает команды на переход от вращательного к ударно-вращательному способу сверления.
Программой предусмотрены специальные меры против заклинивания и поломки бура. Производительность повышается в три-четыре раза, условия труда, естественно, улучшены, человеку остаются лишь функции наблюдателя.
Рабочий макет такого робота создан и испытан. Это первый представитель первого поколения шахтных роботов-рудокопов. Он наделен гибкой программой, действует в забое сообразно обстановке. Человеку остается контролировать его труд на расстоянии, ремонтировать и, наконец, совершенствовать.
Сейчас этот робот проходит полупромышленные испытания, после чего будут изготовлены промышленные образцы. Организаторы проекта с самого начала расчленили технологическую цепочку на отдельные звенья.