Заглянем в глубь домашней технологии. Сейчас в быту используется масса всевозможных приборов, упрощающих домашний труд: стиральная машина (полуавтомат или автомат), электромясорубка или кухонный комбайн, соковыжималка, кофемолка, кофеварка, картофелечистка, хлеборезка, тостер, печь "Электроника", холодильник, электрокамин, пылесос, посудомоечная машина и многое другое. Облегчают ли эти устройства труд женщины? Безусловно, облегчают! Легко ли сейчас женщине в домашнем хозяйстве? Нет! Может быть, даже еще труднее.
Ситуация у нас дома в некотором смысле моделирует ситуацию в промышленности. Действительно, имеются довольно совершенные автоматы, кухонные комбайны (своеобразные обрабатывающие центры), но загружать и выгружать, ставить, вынимать и вставлять, расставлять и развешивать должна женщина.
Если теперь ответ на вопрос, зачем нужен домашний робот, еще не созрел в мозгу читателя, то мы напрасно вели наш рассказ о поколениях роботов.
Президент компании "Юнимейшн", ведущей производство промышленных роботов, Дж. Энгельбергер обещает, что уже в 1985 году специалисты его фирмы выпустят на рынок робота-слугу. Его уже окрестили Айзеком в честь А. Азимова, писателя - фантаста и популяризатора науки. Что будет делать этот робот?
Например, повинуясь устным командам, подойдет к буфетной стойке, возьмет своими длинными механическими пальцами кофейник и поставит его на плиту.
Достанет с полки и поставит на стол тонкую фарфоровую посуду, поставит молоко и сахар, после чего, заварив кофе, голосом или специальным музыкальным сигналом возвестит о начале ужина. Это, конечно, будет впечатляющее зрелище, и ваши гости будут иметь тему для разговора за едой. Такой робот-слуга будет способен не только накрыть на стол и убрать с него, но и помыть посуду, приготовить постель, открыть окно, произвести в квартире уборку (от стирания пыли до чистки ванны и раковины), может стирать, сушить, гладить белье, чистить овощи.
А вот и воплощенные замыслы. На фотографии, помещенной в колумбийском журнале "Кромос", робот "Эро" выгуливает собаку. Внешне этот робот выглядит как невысокий пуфик на маленьких колесиках, сбоку которого манипулирует небольшая, около полуметра, рука. Собака, по-видимому, совершенно безразлична к своему кибернетическому "двойнику", который крепко держит поводок в руке. Еще этот небольшой помощник может убирать постель, вызывать полицию, накрывать на стол, мыть стены, содержать в порядке библиотеку.
Причем память робота настолько совершенна, что он выполняет все это с безукоризненной точностью. Программа всех необходимых операций и детальный план комнат закладывается в компьютер, установленный в- корпусе робота.
Выпущенный в США домашний робот "Комро-1" - еще один довод в пользу того, что мечты фантастов начинают сбываться. Он может открывать и закрывать двери, подавать гостям напитки, выносить мусор, прогуливать собаку, развлекать своих хозяев радио- и телевизионными программами.
Конструкторы утверждают, что, хотя многим новое изделие кажется игрушкой, на самом деле оно открывает новый этап на пути полной автоматизации домашнего хозяйства. Единственная рука механического слуги обладает несколькими степенями свободы и легко манипулирует даже мелкими предметами. На случай непредвиденного столкновения с мебелью и стенами имеется специальная система защиты. Управляется робот дистанционно, а при надобности программируется.
Но, как бы то ни было, факт остается фактом: первый серийно выпускаемый робот стучится в дверь в прямом и переносном смысле.
Нельзя не отметить, что собратья этих механических домработников уже освоили несколько чисто человеческих профессий. Японские инженеры, например, сконструировали робота для изготовления национального японского блюда "суси" - специально обработанных рисовых колобков с кусочком рыбы, осьминога, морскими водорослями. Ресторан-робот открылся жв японском городе Мацудо, чьи повара славятся искусством приготовления традиционного "суси". Посетителям предлагают отметить электронным "карандашом" название понравившегося блюда на экране специального телевизора, вделаннного в столик. Через некоторое время манипуляторы механического официанта ставят перед клиентом заказанное "суси". Одновременно на экране появляется его цена. Все операции в таком ресторане контролирует мини-ЭВМ.
Издавна музыканты, играющие в оркестре, сталкиваются, казалось бы, с простой, но трудноразрешимой проблемой: как переворачивать страницы нот, не прекращая игры. Своеобразное решение этой каверзной проблемы на самом современном уровне предложила группа швейцарских изобретателей. Они создали для этой цели маленький робот, который выполняет роль третьей руки музыканта и по его приказу переворачивает страницу - необходимо лишь нажать ногой педаль.
Японская фирма "Токио кэки" сконструировала робот, играющий на пианино. В отличие от магнитофонной звукозаписи робот-пианист создает музыкальный эффект присутствия играющего мастера. Достигается это с помощью мини-ЭВМ, которая управляет электрогидравлической приводной системой робота, воздействующей на клавиши и педали пианино.
Впрочем, совсем не обязательно роботу нажимать клавиши, можно сделать это изнутри, "из пианино".
"Самые лучшие пианисты мира готовы прийти к вам домой и играть только для вас! После 15-летних экспериментов нам удалось преобразовать механическое пианино, изобретенное в 1904 году, в электронное!" Так разрекламировала свои поиски фирма "Марантц" (ФРГ).
Механическое пианино сейчас можно увидеть, пожалуй, только в музее. Управлялось оно с помощью бумажной перфоленты. Каждое отверстие служило приказом для нажатия той или иной клавиши. Хотя исполнение было несколько жестковатым и ему порой недоставало эмоциональной окраски и душевности, тем не менее механические пианино пользовались большой популярностью - до 1903 года их было выпущено пять миллионов.
Фирма "Марантц" утверждает, что ее электронное устройство можно поставить на пианино любого типа, причем это не помешает обычной ручной игре. В чем же суть новшества? Кассета с магнитной записью исполнения какого-либо произведения музыкантом устанавливается в воспроизводящий аппарат, внешне напоминающий обычный магнитофон. Благодаря тому что сама запись (в цифровом виде) делалась на подобном инструменте, она содержит подробные данные о всех параметрах игры - скорости, силе удара, отрезках времени вплоть до тысячных долей секунды, работе педалей и так далее. Компактная вычислительная система переводит эту информацию в сигналы для точно действующих реле, связанных с механизмом инструмента, и они в нужное время нажимают на нужную клавишу. Несколько выдающихся музыкантов уже подтвердили, что компьютерная репродукция неотличима от реального "живого" исполнения.
Уже выпущено в продажу свыше десяти тысяч кассет всех музыкальных жанров, начиная от концертов знаменитых пианистов и кончая легкой музыкой "под настроение". Особенно широкие возможности открываются перед "электронным" пианино в музыкальных и театральных школах и балетных студиях.
Японские инженеры фирмы "Ямаха Ко" пошли дальше. Они сконструировали робот в помощь композиторам. Это автоматический нотописец. Он фиксирует на нотной бумаге все, что проиграл музыкант на инструменте. Микрокомпьютер преобразует звуки инструмента в электроимпульсы, подаваемые на специальную пишущую машинку, которая печатает нужный ключ, тактовые черточки, диезы, бемоли, указывает ритм и запечатлевает аккорды и мелодии. Автоматика позволяет переходить на запись с различных инструментов, от пианино до гитары и виолончели.
Раз уж роботы освоили сферу искусства музыки, то почему бы им не попробовать себя и в изобразительном искусстве?
Известно, что существуют роботы, "умеющие" рисовать. В Англии, пишет газета "Санди тайме", сейчас идет подготовка программ для кибернетического роботаскульптора, работающего по мрамору.
Американские инженеры сконструировали робота, который по снимкам "вылепливает" скульптуры. Лицо человека фотографируют восемь аппаратов, затем его "объемное" изображение переводится в сигналы, по которым машина делает скульптурный портрет - сначала из мягкого, потом из твердого материала.
Эти роботы-творцы перешагнули уже известную грань между первым и вторым поколением. Их интеллект и чувствительный аппарат достигли высокого совершенства. Еще более интеллектуален домашний робот-шахматист. Он не только легко обыгрывает среднего шахматиста-любителя, но и сам передвигает фигуры на доске миниатюрной механической рукой - манипулятором.
Какие только функции не выполняет сегодня многочисленная команда бытовых роботов! Но вот эта конструкция фирмы "Дайнити Кико" (Япония), пожалуй, одна из самых необычных. Дело в том, что новое устройство призвано восполнить дефицит... больничных сиделок. Сегодня мало кто соглашается за небольшую плату ухаживать за лежачими больными. "Железная нянька" умеет распознавать приказания, отданные голосом, подает воду и точно по расписанию - лекарства Управление роботом осуществляется с помощью ЭВМ. Пока еще цена его великовата - опытный экземпляр обошелся в девятнадцать тысяч долларов, - но фирма надеется, что в будущем затраты на производство таких механизмов удастся свести к минимуму.
В Бостонской больнице робот ведет прием больных, выясняет их недуги и составляет подробную историю болезни, более подробную и систематизированную, чем это делают врачи, обычно сокращающие записи из-за недостатка времени.
В штате пожарного департамента города Иокогама в Японии числится робот, который может самостоятельно передвигаться в пламени и ядовитом дыму и, орудуя руками-захватами, тушить огонь. В случае пожара он устремляется в самые опасные места и, не щадя себя, борется с огнем.
В западногерманской полиции "служит" робот. Он умеет подниматься на гусеничном ходу по лестнице, отпирать двери, вскрывать упаковки. Благодаря дистанционному управлению, телекамере и "водяному ружью" успешно обезвреживает установленные взрывные устройства.
225-килограммовый курьер-робот питается от батарей и бесшумно катит на резиновых колесах по коридорам громадного здания почтамта вдоль проложенных под линолеумом пола проводов низкочастотного излучения. Робот останавливается по световому сигналу ила же в заданном месте, получая и сдавая корреспонденцию. Если на его пути встречается препятствие, он ждет, потом сигналит и начинает двигаться только после того, как освободится дорога.
У бытовых роботов блестящие перспективы. Весьма перспективно их использование в плане автоматизации и механизации сферы торговли: можно предполагать применение роботов для доставки товаров, а также доставки на рабочие места горячего чая, питьевой воды и т. д.
В отелях целесообразно использование роботов в качестве барменов, кельнеров, посыльных и другого обслуживающего персонала. Перспективно также обслуживание в парках и других местах массового отдыха.
Возможно использование роботов по проверке билетов, по уборке территории, при размене денег и т. д. и т. п.
Каждый из нас, просматривая периодическую прессу, сможет пополнить коллекцию таких, пока еще курьезных, сообщений. Вот один из таких курьезов: роботконь. Наездник, как обычно, седлает коня, но, вместо того чтобы пришпорить его, нажимает кнопки. Копь легко "встряхивается" и пускается по дорожке ипподрома. Речь идет о тренажере, созданном группой японских инженеров. Они сконструировали электрическую лошадь, которая способна развивать скорость до 20 километров в час. Управляется робот с помощью кнопок, вмонтированных в его "шею". Нажимая их, спортсмен может моделировать самые сложные ситуации, которые могут произойти, если он оседлает уже настоящего коня.
РОБОТ: ЧИТАЮ И МОГУ ИЗЪЯСНЯТЬСЯ
Постоянно "общаясь" с человеком, робот вынужден научиться понимать человеческий язык, реагировать на команды, задаваемые не только нажатием кнопок, но и команды, отдаваемые голосом. Это куда более "привычное" для человека средство общения и верный путь для расширения популярности роботов. Однако проблема "взаимопонимания" человека и машины куда сложнее, чем трудности общения даже двух людей, говорящих на разных языках. История сохранила немало курьезов подобного "понимания". Так, английский капитан Дж. Кук, вторично "открывший" Австралию, писал в своем дневнике о "странном существе, которое скачет на задних лапах, как прыгающая мышь". Когда Дж. Кук справлялся о нем у местных жителей, туземцы отвечали одним словом "кенгуру". Современные языковеды установили, что на языке туземцев "кенгуру" означает всего лишь "я тебя не понимаю"! А ведь язык человека и язык компьютера разнятся буквально как "лед и пламень".
Надо сказать, что человеческий язык уже давно "волновал" умы машин. Приборы, читающие печатный текст и являющиеся, как правило, частями других, более сложных устройств, уже перестали быть технической новинкой. Достаточно вспомнить почтовые автоматы, сортирующие корреспонденцию в зависимости от шестизначного почтового индекса. Однако такие примитивные устройства способны "понимать" лишь сильно стилизованный текст, написанный по заданному трафарету. А как же простой печатный шрифт? Неужели нужно специально переписывать для робота миллионы человеческих книг?
Вот последнее достижение в этой области - читающий компьютер третьего поколения. Он "умнее" своих предшественников - читает тексты, отпечатанные шрифтами двадцати пяти различных видов. "Тренировочная фаза" в течение 15-20 минут позволяет прибору переходить на другой вид шрифта. Машина работает по принципу "оптического ощупывания" со скоростью 20-30 печатных знаков в секунду. Существуют и разработки, нацеленные на распознавание рукописного текста.
Однако проблема восприятия информации "с голоса" гораздо сложнее. Печатный текст формируется из четких знаков - букв, живая речь из атомов речи - звуков или, как их называют специалисты, - фонем (отсюда "фонетика" - наука о правильном произношении). Как объект физического анализа каждый звук речи отличается от другого и частотой, и продолжительностью, и интенсивностью. Кроме того, в речи нет четких границ между звуками, как между буквами в тексте, и это сильно затрудняет распознавание по сравнению с любым печатным текстом. Одни специалисты пытаются распознавать речь по частотным характеристикам, присущим звучанию каждой буквы (заметим, что в некоторых буквах несколько фонем). Другие - по группе фонем, составляющих слог, так как распознавание многих фонем вне контекста очень трудно.
Для того чтобы понять, сколь сложна проблема звукового распознавания человеческой речи, уместно привести такой почти анекдотический пример. В одном научно-исследовательском институте, расположенном на Кавказе, была построена кибернетическая черепаха, которая выполняла фиксированный набор команд, подаваемых голосом. На торжественную демонстрацию съехались гости. Черепаха была послушна своим создателям, но "принципиально" отказалась слушаться гостей. Как выяснилось в результате пристрастного разбирательства, гостям она не повиновалась по одной простой причине... команды нужно было произносить с "кавказским акцентом". То, что мы называем кавказским акцентом, всего лишь связано с повышенным участием в произношении некоторых звуков гортани.
Проблема машинного слуха настолько сложна, что не имеет имитационных аналогов механического моделирования в глубинах истории. Анналы техники не сохранили нам достоверных сведений о слушающих андроидах. То ли слуховой аппарат человека оказался слишком замысловатым для чисто механического подражания, то ли роль мозга оказалась слишком велика в слуховом процессе, по крайней мере, проблема машинного слуха так же, как и зрения, стала актуальной лишь на электронном уровне. К сожалению, известный нам микрофон еще меньше напоминает человеческое ухо, чем телекамера человеческий глаз.
Имевшиеся в распоряжении ученых ЭВМ поначалу с трудом справлялись с предлагаемым им объемом "распознавательных" работ. Они реагировали далеко не на каждый голос, а лишь на тот, на который они настроены заранее. К тому же у них был ограниченный словарный запас.
Загвоздка состоит в следующем: число возможных вариантов спектра фонем, учитывая словарное богатство каждого языка, выражается астрономической величиной, и это не считая того, что спектры даже одинаковых слов разнятся в зависимости от индивидуума, их произносящего. Более того, даже один и тот же человек в течение одной недели, даже нескольких часов будет произносить одни и те же слова совершенно по-разному.
Первые акустические системы безошибочно распознавали лишь отдельно сказанные буквы алфавита, следующие - отдельные слова команд, четко произнесенные в микрофон. Однако понимающий робот "слушался" лишь голоса своего "хозяина" и делал это очень хорошо. Во время работы он самостоятельно приспосабливался к "постоянно меняющейся языковой манере человека". Другим людям, которые вступали в контакт с роботом и произносили в микрофон буквы или цифры, удавалось его "обмануть". Но это бывало лишь тогда, когда голос говорящего напоминал голос "хозяина". Конечно, "привыкание" машины к другим голосам не связано с какими-то непреодолимыми трудностями, просто компьютер вырабатывает "модель голоса данного индивидуума". Для этого необходимо ввести в память ряд звуковых проб со словами, которые машина должна понимать.
Можно не сомневаться, что в будущем понимающие наш язык аппараты, если мы хотим, чтобы они утвердились в производстве и быту, должны обладать такой степенью приспособляемости, чтобы узнавать голоса любых людей и выполнять любые команды.
В настоящее время уже нашли применение около пятисот систем распознавания речи. Они используются при контроле качества продукции на конвейерах, при управлении станками, сортировке товаров и багажа в аэропортах, с целью включения электроприборов, вызова врача или медсестры, в системах программированного обучения, опознавания личности и т. д. и т. п.
Имеются практические примеры применения понимающих речь роботов и в непромышленной сфере.
Системы, распознающие печатный текст, уже не новость. Но вот эта особенная. Сконструированы роботы, которые работают в паре - один переворачивает страницы текста, а другой... читает слова приятным женским голосом. Точность распознавания 99,5 процента. Эти роботы могут излагать последние известия по радио и отвечать на вопросы по телефону. Конструкторы создали механического чтеца вовсе не для рекламы, ему уже уготовано рабочее место - он будет служить в автоматизированной телефонной справочной службе.
Конечно, можно и специально ввести в компьютер всю необходимую справочную информацию; но зачем делать еще раз то, что уже однажды сделано, ведь телефонные книги и справочники уже отпечатаны, они и в будущем будут переиздаваться и корректироваться, ими будут пользоваться люди... а теперь еще и роботы.
Да! Общение с человеком пошло роботу на пользу, он получил еще одну чисто человеческую привилегию - заговорил. Таким образом, к привычным механическим эффекторам робота добавилось еще одно немаловажное устройство - синтезатор речи.