Техника - молодёжи 2001-08, страница 21

проблемы и поиски

В общем, насекомые порой ведут себя настолько «рассудительно», что именно на них теперь решили равняться создатели многочисленных механических слуг. Тех самых, которые за десятилетия, прошедшие с появления первых андроидов, так и не научились подметать полы и расставлять тарелки на обеденном столе.

Скажем, недавно в лаборатории робототехники Сассекского университета (Великобритания) по соседству с кибернетическими конструкциями появился огромный муравейник, обитатели которого и учат уму-разуму несмышленых киберов.

Казалось бы, что может соображать головка размером с булавочную? Как ориентируется муравей в пространстве, если точно известно, что зрение у него никудышнее?

Директор центра компьютерной ней-рологии и роботехники при Сассекском университете, профессор Майкл о'Ши полагает, что муравьи находят дорогу домой не только благодаря своеобразным химическим тропинкам — пахучим следам, которые они же оставили по выходе из муравейника, но и с помощью довольно сложной системы астроориентации.

«Есть предположение, — говорит профессор, — что, несмотря на свое плохое зрение, муравьи обладают способностью видеть поляризованный свет. Причем по выходе из муравейника своеобразный нейрокомпьютер в мозгу муравьишки отмечает положение оси поляризации и затем отслеживает все изменения, пока муравей ищет добычу, бегая по самой замысловатой траектории. Когда же добытчику надо вернуться домой, его «компьютер» тут же вычисляет, насколько изменилась ось поляризации в данный момент, и выдает путешественнику генеральное направление на дом. И му-

под НОГАМИ

равеи возвращается, не повторяя свои маршрут, а по кратчайшей прямой...»

Такое же умение ориентироваться в пространстве робототехники и хотят ныне воспитать у своих кибернетических питомцев, прикидывая заодно, насколько смышлены сами муравьи.

Дороги, которые они выбирают

Когда ученые решили использовать методы оптимизации маршрутов передвижения у муравьев, они ввели несуществующее в природе условие: пахучее вещество, которым метят живые муравьи свой путь, у искусственных испаряется тем быстрее, чем он длиннее.

В первых компьютерных моделях муравьи последовательно исследовали все пространство и, обнаружив источники пищи, выбрали кратчайший маршрут, который состоял из множества мелких отрезков. Причем, если последняя «ветка» пути, ведущего к пище, оказывалась переполненной путниками, рядом прокладывалась обходная дорога.

В общем, получается, что искусственные насекомые самостоятельно, по-своему, решили знаменитую задачу коммивояжера, состоящую в том, чтобы выбрать наилучший маршрут посещения за один только раз большого количества населенных пунктов. Пятнадцать городов — и миллиарды возможных вариантов перемещений. Отправленные в длительное путешествие искусственные муравьи посетили все пункты и нашли оптимальный маршрут, по которому они и совершали свои следующие прогулки. И тем самым — увеличивали концентрацию пахучего вещества вдоль этого пути, поддерживая его привлекательность, а значит, и эффективность.

Такой муравьиный метод поиска оптимального пути посещения различных пунктов уже сейчас используется для расчета в сложных системах, например — выбор пути перемещения по большим площадям заводов, супермаркетов.

Кстати говоря, эти свойства муравьев можно использовать и при поиске информации в глобальной сети. Чем больше людей ищут в ней те или иные сведения, тем более «заметным» становится их путь от первого ключевого слова в поисковых системах до конечной цели. И этот путь можно существенно сократить.

Руд Счондервурд и Джанет Брутен из исследовательской лаборатории кампании Hewlett-Packard использовали в своих работах другое замечательное свойство муравьиного сообщества: реакцию на перегруженность кратчайшего маршрута и прокладывание другого, обходного пути. Они создали модель телекоммуникаций, которая реагирует на повышенное содержание виртуального феромона, остающегося после прохождения каждого телефонного сигнала по тому или иному пути. То есть, если концентрация телефонных звонков через два пункта достигает некоего предела, то автоматически начинает прокладываться второй, более длинный, но менее за

I

□ ■

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 8 2 0 0 1

19

груженный маршрут. Однако как только нагрузка начинает спадать, звонок сразу переадресуется и идет по кратчайшему пути. Уже несколько компаний используют подобный метод в своей работе.

Используют ученые и другую особенность поведения насекомых — кооперацию. Например, построена группа роботов, которые совместно перемещают круглую коробку в заданную точку пространства. Каждый из них получал простые инструкции — найти коробку, установить с ней контакт и толкать ее в нужном направлении. А в результате они все, не сообщая друг другу о своих намерениях, смогли скооперироваться и быстро достичь намеченной цели.

На сегодняшний день ученые предлагают использовать в хозяйственной деятельности человека самые различные модели поведения насекомых — от анализа банковской информации с помощью метода сортировки личинок муравьями до перенастройки сборочных линий с учетом организации и разделения труда в пчелиных колониях.

Правда, системы, построенные на таких принципах «коллективного разума», вряд ли смогут справиться с нестандартными проблемами. С другой стороны, очень впечатляют картины, которые рисуют некоторые специалисты, когда в результате соединения многочисленных небольших и недорогих устройств рождается нечто, могущее соображать не хуже нас с вами.

Муравьи-саперы

Джеймс Макларкин, работающий в Лаборатории искусственного интеллекта при Массачусетсском технологическом институте, так формулирует цель своих экспериментов: «Сообщества роботов, вступающих в кооперацию для достижения общей цели, потенциально могут решать задачи быстрей и эффективней, чем то же количество независимо действующих агентов. Одним из практических применений подобного сообщества может стать безопасное обнаружение и обезвреживание противопехотных мин и иных неразорвавшихся зарядов. Великолепный образчик природной кооперативной системы являют муравьи, которых мы и рассматриваем в качестве вдохновляющего примера...».

В принципе, речь идет о полностью автономных роботах, которых доставляют, скажем, к минному полю, задают им границы поисковой зоны... и все! На этом роль человека заканчивается, а все остальное аккуратно выполняет дружная бригада механизмов, обученных муравьиной кооперации. В общем же виде проблема формулируется как «поиск объектов или ресурсов в незнакомой окружающей обстановке», и упомянутые объекты либо ресурсы могут быть самого различного свойства.

Впрочем, все это дело будущего, хотя и не столь отдаленного, а пока Макларкин старательно налаживает социальные отношения в группе собственноручно построенных микророботов.

Его «муравей» мало похож на насекомое, напоминая, скорее, крошечный танк, снабженный парой длинных усов