авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

«На правах рукописи Глазунов Виктор Аркадьевич МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ РОБОТОТЕХНИКИ Специальность: 09.00.08 – ...»

-- [ Страница 5 ] --

Эта модель имеет внутреннюю подвижность: она может несколько ме нять свою форму. Вопрос заключался в том, что является условием наличия этой подвижности. Этот вопрос важен для кристаллографии, так как разные физические воздействия могут нарушать структуру кристалла, нужно уметь предвидеть данные изменения, а быть может, удастся и управлять ими. (В данной работе нас интересует не физическая или геометрическая сторона проблемы, а ход решения задачи и осмысление последствий этого процесса).

Представление связи между «атомами» в виде металлического стержня, обусловливающего возможность поворота вокруг его оси, но не позволяюще Bulienkov N.A. Three Possible Branches of Determinate Modular Generalization of Crystallography, in Quasi crystals and Discrete Geometry. / Fields Institute Monographs. American Mathematical Society, 1998, v. 10, p. 67 134.

го менять взаимное положение осей звеньев, является довольно грубым при ближением (но это загрубление, как известно, при моделировании бывает весьма плодотворно). Дело в том, что в кристалле атомы углерода при изме нении своего взаимного положения вызывают изменение энергии связей между ними. При этом нарушение угла между осями соседних связей или длины связи дает приращение энергии, примерно в 100 раз большее, чем то, которое обусловлено торсионным вращением вокруг оси связи. Поэтому в изготовленной модели есть некоторая возможность изгиба металлических стержней, расположенных между «атомами», и наличествует вращение во круг осей стержней.

Поскольку здесь речь идет о ходе решения задачи, то уместно отме тить, что первым желанием было отказаться от нее: модель содержала боль шое (21) число тел, охватываемых 28 связями, и трудно было усмотреть воз можность применения методов теории механизмов к ее рассмотрению (ско рее, казалось, это уместнее отнести к строительной механике).

Но нам был продемонстрирован изготовленный в Институте физиче ской химии РАН механизм (Рис. 4.2.4, 4.2.5), представляющий один контур модели фрагмента кристаллической структуры. Этот механизм имеет шесть вращательных кинематических пари и по структурной формуле должен об ладать нулевой подвижностью. Однако, данная кинематическая цепь харак теризуется одной степенью свободы, и таким образом, здесь присутствует одна избыточная связь. Наиболее интригующим для специалистов в области структуры механизмов явился тот факт, что рассматриваемая кинематическая цепь (Рис. 4.2.4, 4.2.5) может быть собрана двумя способами. Первый способ характеризует взаимное положение «атомов» в модели Рис. 4.2.3, и здесь имеется подвижность. Второй способ (он соответствует кристаллам алмаза) отличается отсутствием подвижности.

Признаемся, что главным побудительным толчком к началу решения задачи был момент любопытства и некоторой профессиональной гордости.

Автор данных строк интересовался и в какой-то степени занимался пробле мой механизмов с избыточными связями в течение почти 20 лет, опублико вал несколько работ в этой области, и вдруг перед ним предстал выполнен ный в металле механизм, не встречавшийся в соответствующей литературе. К тому моменту уже существовала модель творческого акта (Рис. 4.2.1, 4.2.2), автор интересовался также проблемой парадигмальных прививок. Поэтому на каждом шаге решения этой научной задачи автор этих строк ощущал, что участвует в осуществлении парадигмальной прививки, и помогала в этом разработанная им ранее модель инсайта.

В данной работе мы хотим защитить тезис, что решение научной или другой творческой задачи описывается моделью по Рис. 4.2.1, 4.2.2: сначала выстраивание некоторой цепочки, обусловливающей противоречия, напря жения в старой парадигме, а потом момент инсайта – выход (может быть, под действием парадигмальной прививки) в новую парадигму, характеризуемую более высокой размерностью. Но мы утверждаем, что и решение каждой ма лой части общей научной задачи, связанной, например, с установлением не которых положений внутри старой парадигмы, должно иметь элементы ин сайта и также в какой-то степени подчиняется модели Рис. 4.2.1, 4.2.2. В этом смысле любая научная задача и ее решение представляют фрактальное обра зование.

Рассмотрение модели фрагмента кристаллической структуры мы нача ли с составления матрицы координат единичных векторов осей вращатель ных кинематических пар, расположенных вдоль стержней. Уже в данном случае мы имеем некоторое лингвистическое отличие от имевшегося языка описания фрагмента структуры кристалла. До сего момента записывались координаты центров «атомов», а теперь имеют место координаты связей. Та кой переход потребовал некоего творческого усилия и позволил выяснить, возможна ли мгновенная (бесконечно малая ) подвижность этой системы.

Оказалось, что в матрице размером 2748 (27 столбцов и 48 строк ), состоя щей из упомянутых координат, имеются лишь 27 независимых строк – это свидетельствует о наличии подвижности.

Обратим внимание на два момента. Во-первых, укажем, что здесь мы воспользовались известным в механике подходом, разработанным румын скими учеными Р. Войня и М. Атанасиу170, и в этом смысле мы оставались «внутри» родной парадигмы, хотя некоторые творческие усилия понадоби лись для осознавания этого метода и «приспособления» его к конкретному случаю. (Вообще, по нашему мнению, понимание, осознавание научного ме тода – это весьма творческий герменевтический процесс, требующий своих моментов инсайта). Во-вторых, укажем, что сам «запрос» о парадигмальной прививке подтолкнул некоторое развитие методологии в теории механизмов, дал новый объект изучения. Чисто лингвистическое различие описания структуры фрагмента кристалла (координаты атомов или координаты связей) вызвало, по существу, семантическое различие в постановке задачи о по движности и в ее решении.

Следующим шагом, потребовавшим значительных творческих усилий, стало решение вопроса о том, каковы условия наличия подвижности (иными словами избыточной связи) в кинематической цепи по Рис. 4.2.5, имитирую щей контур, показанный на Рис. 4.2.4. На схеме кинематические пары пред ставлены в виде цилиндров, углы между осями которых составляет 109,47’, длина каждой связи принимается равной единице. Предстояло выяснить, только ли при указанных условиях подвижность будет иметь место, или имеются другие варианты. В соответствии со схемой Рис. 4.2.1, 4.2.2 мы при ступили к «сканированию» пространства внутри имевшейся у нас старой па радигмы с целью приобретения «ортогонального воздействия» - мы стали тщательным образом изучать известные публикации в области механизмов с избыточными связями. Но механизм, подобный рассматриваемому, нигде не встречался.

Напомним, что наиболее ранний из известных механизмов с избыточ ными связями – это механизм Беннета171, имеющий четыре вращательные Voinea R., Atanasiu M. Contributions a la Teorie geometrique des Vis. / Buletinul Institutului Politichnic.

Bucuresti, 1959, N 21, f. 3., p. 69-90.

Bennett G.T. A New Mechanism. / Engineering, London, 1903, p. 778.

кинематические пары. Длины звеньев в этом механизме относятся друг к другу как синусы углов между осями соседних кинематических пар. Затем М.

Гольдбергом было предложено соединять два механизма Беннета, убирая общее звено и получая пяти- и шестизвенные механизмы с избыточными свя зями.172 Этот подход впоследствии развит П.Г. Мудровым173 и Д.Э. Бейке ром.174 Но параметры интересующего нас механизма никак нельзя было со отнести с параметрами механизма Беннета.

Наибольшие «подозрения» у нас (автора этих строк, аспиранта Инсти тута машиноведения РАН Р.Э. Быкова и старшего научного сотрудника Ин ститута физической химии РАН Д.Л. Тытика) вызывала группа механизмов Брикара175 (и потом эти «подозрения» подтвердились). Однако в указанных механизмах (вернее в наиболее известных из них) оси соседних кинематиче ских пар скрещиваются, а не пересекаются, как в рассматриваемом нами ме ханизме (Рис. 4.2.5). Внимательным образом были проанализированы меха низмы с избыточными связями, полученные в 60-х, 70-х годах К Уолдроном (нынешним президентом IFToMM – Международной Федерации по теории механизмов и машин, созданной по инициативе академика И.И. Артоболев ского). Однако и те механизмы, отличающиеся симметрией и наличием вин товых кинематических пар, не подходили для интересующего нас случая.

Здесь подчеркнем не только значимость существования в литературе схемы механизма, но и важность обоснования необходимости и достаточно сти условий избыточных связей. Это тот « язык», на котором исследователь мыслит и моделирует объект. Будучи учеником и последователем Ф.М. Ди ментберга, автор данной работы, естественно, придерживается разработанно го его учителем подхода, основанного на винтовом исчислении и методе ре Goldberg M. New Five-Bar and Six-Bar Linkages in Three Dimensions. | Transactions of the ASME, 1943, v.46, N 6, p. 649-661.

Мудров П.Г. Пространственные механизмы с вращательными парами. Казань: Издательство Казанского государственного университета, 19787, 264 с.

Baker J.E. Overconstained 5-Bars with Parallel Adjaicent Joint Axes. I. Method of Analysis. / Mechanism and Machine Theory, 1978, v. 13, N 2, p. 213-218.

Baker J.E. An Analysis Of the Bricard Linkages. / Mechanism and Machine Theory, 1980, v. 15, N 4, p. 267 286.

зультанта.176 В этом методе предусматривается получение алгебраических полиномиальных выражений для тригонометрических функций угловых ко ординат звеньев механизмов, а затем определяются условия, при которых ка кие-то перемещения равны нулю (при этом используются так называемые ре зультанты, дающие возможность найти общие корни полиномов).

Однако, «напрямую» применить подход Ф.м. Диментберга здесь не удалось – слишком сложные получались выражения для результантов. Мы попытались воспользоваться недавно разработанным алгоритмом Б. Росса (в прошлом президента IFToMM) и С. Мавроидиса177. В этом подходе исполь зуются матрицы Денавита-Хартенберга размером 44, описывающие изме нение координат некоторой точки при переходе от одной системы координат к другой. Но мы не смогли до конца разобраться в этом методе, хотя автор данных строк имел личные беседы и с Б. Россом, и С. Мавроидисом. Это происходило во время X Всемирного конгресса по ТММ в Финляндии в г. и во время XIII Международного симпозиума по робототехнике в Польше в 2000 г. Удалось лишь установить, что речь идет о некоторых преобразова ниях векторов, поставленных в соответствие звеньям и кинематическим па рам механизмов. Преобразования осуществляются на основе скалярных и векторных перемножений упомянутых векторных величин, в результате чего возникает возможность решить задачу о положениях и выявить условия наличия избыточной связи.

Несмотря на то, что мы пытались (с помощью пакета Mathcad) проде лать все указанные в статье Росса и Мавроидиса операции, успеха добиться не удалось. Более того, зародилось сомнение (но далеко не уверенность) в корректности этого подхода. Согласно модели по Рис. 4.2.1, 4.2.2 мы в этой ситуации попали в состояние некоторого хаоса, противоречия, и для осу ществления герменевтического акта понимания нужны новые «ортогональ ные воздействия».

Диментберг Ф.М. Теория пространственных шарнирных механизмов. М.: Наука, 1982, 336 с.

Mavroidis C., Roth B. Analysis of Overconsrained Mechanisms. / Transactions of the ASME, Journal of Me chanical Design, 1995, Vol. 117, p. 69-74.

Но, оставив попытки овладеть подходом Б. Росса и С. Мавроидиса, мы смогли осуществить собственный «момент инсайта», изменив модель (так сказать «микропарадигму») рассмотрения данного механизма. Было подме чено, что в кинематической цепи по Рис. 4.2.5 существуют неизменные рас стояния между точками соответственно 1-10-18 и 2-4-9. Появилась возмож ность рассматривать эту одноконтурную кинематическую цепь как механизм параллельной структуры (Рис. 4.2.6). Правда, у некоторых коллег вызвала сомнение правомочность такого перехода, поэтому пришлось составить уравнения связей в кинематических цепях по Рис. 4.2.5 и 4.2.6. После этого обоснованность нового подхода подтвердилась.

Далее рассуждения основывались на следующих положениях. В меха низме по Рис. 4.2.6 можно выделить три контура, включающие по две враща тельные и две сферические кинематические пары. Считая треугольник 1-10 18 неподвижным, расположим оси вращательных пар между точками 1-10, 1 18 и 10-18, а центры сферических пар разместим в точках 2, 4, 9. При этом можно использовать функции положения178, выведенные для одноконтурных механизмов, а затем и воспользоваться «родным» методом результанта. Этим путем мы и пошли, получив в результате полином шестнадцатой степени.

Тождественное равенство нулю коэффициентов полинома позволяет конста тировать наличие избыточной связи.

Мы ощущали на каждом этапе рассмотрения проблемы пригодность модели по Рис. 4.2.1 и 4.2.2, характеризующей моменты инсайта, причем не меньших, а может, и больших творческих усилий требует герменевтический акт понимания научного текста (вернее, в нем заключенной идеи). И в нашем случае лишь после разработки своего подхода к анализу избыточной связи в механизме по Рис. 4.2.5 нам удалось понять, что этот механизм соответствует одному из механизмов Брикара – так называемому октаэдральному механиз му, симметричному относительно линии. То же можно сказать о применении метода результанта для решения задач о положениях механизмов параллель Диментберг Ф.М. Теория пространственных шарнирных механизмов. М.: Наука, 1982, 336 с.

ной структуры. Соответствующий алгоритм применяли В. Паренти-Кастелли и С. Инносенти179 (но они не решали задачу об избыточных связях). Соответ ствующая статья была в нашем распоряжении, но не был совершен герменев тический акт понимания данного алгоритма.

Несмотря на то, что формально прививка происходила из теории меха низмов в кристаллографию, тем не менее наблюдался и обратный процесс.

Из кристаллографии был дан не известный ранее объект для изучения – мно гоконтурный и одноконтурный механизмы с избыточными связями. Это, в свою очередь, стало некоторым импульсом в развитии методологии исследо вания пространственных механизмов. Были получены новые многоконтур ные механизмы параллельной структуры с избыточными связями, дополнены методы их исследования. Было сделано даже некоторое маленькое открытие в области особых положений механизмов параллельной структуры: было впервые установлено, что принципиально возможны такие особые положе ния (точки бифуркации), будучи в которых система имеет конечную (а не бесконечно малую, как считалось ранее) подвижность. Этот факт требует дальнейшего, более глубокого осмысления.

Хотя здесь рассмотрена лишь одна задача, одна парадигмальная при вивка из теории механизмов в кристаллографию (а вернее эта прививка ока залась обоюдной), тем не менее отсюда можно усмотреть возможные прило жения теории роботов в нанотехнологиях. Эти приложения, прежде всего, видятся в использовании методов научной робототехники в исследованиях структур, представляющих объекты нанотехнологий. Например, речь может идти о цепочках атомов, охваченных связями, позволяющими изменять кон фигурацию цепи. В этом случае весьма уместно было бы воспользоваться ал горитмами решения задач о положениях, разработанными в робототехнике.

Это же может касаться и генной инженерии, поскольку информация о Parenti-Castelli V., Innocenti C. Direct displacement Analysis for some Class of Spatial Parallel mechanisms. / VIII CISM-IFToMM Simposium on Theory and Practice of Robots and Manipulators, Italy, 1990, p. 134-142.

наследственном коде может скрываться не только в структуре взаимосвязей между частями ДНК, но и в геометрии их взаимного положения.

Другим аспектом, обусловливающим возможное проникновение робо тотехники в нанотехнологию и в генную инженерию, может явиться исполь зование микроманипулирующих устройств в этих областях. Например, именно робототехническая система лежит в основе туннельного растрового микроскопа180 – устройства, позволяющего исследовать поверхности на на ноуровне и манипулировать атомами. Заметим также, что говоря о манипу лировании генами, мы должны иметь в виду некие микромеханизмы, рабо тающие на принципах робототехнических систем, могущих автономно в из меняющихся условиях осуществлять предписанную программу.

Что касается кристаллографии, то трудно предсказать, приживется ли (и с какой степенью трудности) описанная парадигмальная прививка в теле этой науки. Во всяком случае, этому подходу придется преодолевать весьма стойкое сопротивление приверженцев (впрочем, вполне добросовестных) старой парадигмы. А ведь изначально все различие свелось к лингвистиче скому аспекту математического описания фрагмента кристаллической струк туры: координаты атомов заменены на координаты связей (шестимерные плюккеровы координаты единичных векторов, расположенных вдоль осей).

Однако, лингвистические различия уже привели и к семантическим различи ям, связанным с разной постановкой задач, а в дальнейшем возможны и еще более глубокие различия.

По результатам этой работы была опубликована статья в академиче ском журнале по проблемам машиностроения и машиноведения181. В этой статье в более или менее логической («линейной») форме было представлено решение описанной задачи. Если бы некий будущий историк науки задумал бы по данной статье воссоздать действительный процесс этого решения, то он скорее всего пошел бы по ложному пути. Он бы, наверное, предположил, Бинниг Д., Рорер Г. Растровый туннельный микроскоп. / М мире науки., 1985, № 10, с.26-33.

Быков Р.Э., Глазунов В.А., Тытик Д.Л., Новикова Н.Н. Моделирование модулей кристаллических струк тур с помощью механизмов с избыточными связями. / Проблемы машиностроения и надежности машин.

Машиноведение, 2002, № 2, с. 89-96.

что мы сначала уяснили результаты работ Бейкера, Уолдрона, Паренти Кастелли и др. и воспользовались ими, а затем уже привнесли свое развитие в эту парадигму. На самом же деле мы смогли понять эти работы (да и то лишь в какой-то степени) только после того, как нашли свой путь решения вопроса о подвижности кинематических цепей, имитирующих фрагменты кристаллических структур.

Подведем некоторые итоги предпринятого исследования. Мы рассмот рели лишь одну задачу по осуществлению парадигмальной прививки из ро бототехники и теории механизмов в кристаллографию. Изначально суть при вивки свелась к использованию лингвистически отличного (с точки зрения математики) описания фрагмента кристаллических структур. Однако, это лингвистическое отличие привело и к более глубоким отличиям в постановке задач исследования и к методам их решения. Парадигмальная прививка про исходит не односторонне из одной сферы науки в другую, а обоюдно.

Например, в данном случае в теорию механизмов с избыточными связями привнесен новый объект исследования, развита методика анализа и синтеза этих механизмов.

Разработанная модель творческого акта хорошо служит для описания процесса решения научной задачи в целом и ее отдельных частей (и помогает при решении). При этом необходимы значительные творческие усилия не только для нахождения алгоритма решения какого-то вопроса, но и для осу ществления герменевтического акта понимания некоторого научного текста.

Более того, само понимание может произойти уже после того, как найден собственный алгоритм решения задачи. Укажем также на фрактальность ре шения проблемы, которая (фрактальность), на наш взгляд, заключается в том, что каждый этап этого процесса в большей или меньшей степени обусловли вает либо некоторый отход от парадигмы, либо хотя бы акт понимания уже существующих алгоритмов. И то и другое требует творческих усилий (это «нелинейный» процесс) и перехода на новый уровень исследований с более высоким числом «измерений» («степеней свободы»).

B C A Рис. 4.2.1. Модель существующей парадигмы E B C A Рис. 4.2.2. Модель научной революции Рис. 4.2.3. Фрагмент кристаллической структуры Рис. 4.2.4. Контур фрагмента.

Рис. 4.2.5. Кинематическая цепь с одной избыточной связью.

Рис. 4.2.6. Замещающий механизм параллельной структуры.

Глава 5. СЕТЕВОЕ МЫШЛЕНИЕ И ФРАКТАЛЬНОСТЬ ТЕОРЕТИ ЧЕСКОЙ РОБОТОТЕХНИКИ КАК ЧЕЛОВЕКОРАЗМЕРНОЙ СИСТЕМЫ.

В данной главе рассматриваются вопросы развития робототехники как человекоразмерной системы. Робот может действовать, пользуясь своей ме ханической рукой, и в этом смысле находит наибольшее воплощение тезис о том, что этот технический объект представляет собой одно из наиболее ярких воплощений математики. Рассматриваются возможности управления челове коразмерными системами при учете того, что эти системы являются самоор ганизующимися. Особую роль в этом случае приобретают процессы бифур кации.

Далее рассматриваются особенности теоретической робототехники, связанные с феноменом сетевого мышления. Человеку и роботу приходится во все большей степени взаимодействовать между собой, а также с компью терными сетями. В этой связи рассматриваются некоторые проявления сете вого мышления, которые удалось наблюдать в научном сообществе при ре шении ряда проблем теории механизмов и роботов. В частности, речь идет о вопросе избыточных связей, а также об исследованиях в области микромани пулирования и нанотехнологий.

5.1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ РОБОТОТЕХНИКА КАК ЧЕЛОВЕКОРАЗМЕРНАЯ СИСТЕМА В данном параграфе рассматриваются аспекты развития робототехники как человекоразмерной системы, при этом имеется в виду два момента. Пер вый из них связан с антропоморфностью роботов, все более проявляющейся в настоящее время. В данном случае учитывается существенное отличие ро бота от обычного компьютера, заключающееся в том, что робот может дей ствовать, пользуясь своей механической рукой. В этом смысле находит наибольшее воплощение тезис о том, что математика – это формализованное действие над материальными объектами, а робот в этом контексте представ ляет одно из наиболее ярких воплощений математики. Второй момент связан с возможностями управления человекоразмерными системами при учете то го, что эти системы являются самоорганизующимися и саморазвивающими ся. Особую роль в этом случае приобретают процессы бифуркации и воз можность воздействовать на систему в эти периоды.

Любое техническое устройство, создаваемое в наше время, есть вопло щение математики, поскольку в основе алгоритмов синтеза лежат математи ческие модели. Но робот – это особое устройство, которое снабжено элемен тами интеллекта и математической моделью собственного поведения. Робот соотносит собственное состояние с теми задачами, которые перед ним по ставлены, и использует при этом модель самого себя. Обратим внимание на широчайший спектр операций, возможных движений, выполняемых роботом – таких возможностей прежде не имело ни одно техническое устройство. Ро бот открыл путь для обеспечения все большей автономности привычных, го раздо более простых объектов, например, автомобиль, снабженный системой навигации и активной подвеской, или стиральная машина, управляемая мик ропроцессором.

Развитие науки в пошлом столетии напомнило, что математика – это формализованное действие. Это произошло, когда начали создаваться ком пьютеры. Как мы помним, первый компьютер, проектированный Ч. Бэби джем и дочерью Байрона леди Лавлейс, был основан на механических устройствах. По такому же пути вначале пошли и исследователи ХХ века.

Вот как по этому поводу писал Н. Винер : «в обычном настольном арифмо метре принцип работы заключается в том, что в зависимости от положения одних колес определяется положение некоторых других,… однако при ис пользовании металлических колес мы сталкиваемся со сложными проблема ми преодоления инерции и сил трения, существенно ограничивающих воз можности наших машин». Альтернативный путь заключался в создании ана логовых компьютеров. «Принцип действия аналоговых вычислительных ма шин является совсем другим: здесь за основу можно принять, например, то, что в электродинамометре две катушки притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной произведению сил протекающих по ним токов, и что эту силу можно измерить, если снабдить прибор специальной шкалой.» Все самые сложные математические построения предстают как форма лизованное действие. Современный компьютер, основанный на двоичной си стеме счисления, состоит из миллионов ячеек, способных пребывать лишь в двух состояниях: 0 и 1. Фантастическое количество переключений, произво димых в течение одной секунды, позволяет создавать, например, трехмерную модель газодинамических процессов, происходящих в окрестности крыла ги гантского самолета, или набирать и редактировать этот текст.

Любое современное техническое устройство – это воплощенная мате матика, примененная при проектировании этого устройства. Но в компьюте ре эти вычисления происходят «здесь и сейчас», причем не только происхо дят, но и самопрограммируются. Речь, в частности, идет о возможностях так называемого символьного программирования, осуществленного теперь даже в таком общедоступном компьютерном пакете как Mathcad. Вы можете пред Винер Н. Я – математик. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, с. 202-203.

ставить весьма сложное математическое выражение, которое компьютер пу тем раскрытия скобок и приведения подобных членов постарается упростить.

Мы использовали эти возможности, когда анализировали подвижность меха низмов, моделирующих фрагменты кристаллических структур. Робот, в отличие от компьютера, снабжен, по крайней мере, механиче ской рукой и способен производить физические действия в материальном мире. В этом смысле робот как бы замыкает круг развития математики: дей ствие – его формализация в математике – автоматизация математических операций в компьютере – автоматическое действие на основе проводимых «здесь и сейчас» математических операций. В этой связи вспомним, как Г.

Башляр ссылался на Лейбница: «Что не действует, то не существует». 184 По путно напомним и о том, как К.С. Станиславский трактовал главное отличие театра от других видов искусства: в театре разворачивается действие, проис ходящее на глазах у зрителей. Но здесь представляется уместным привести еще одну цитату из Н.

Винера: «…одна из основных обязанностей математика, приглашенного уче ным, занимающимся менее точными науками, в качестве консультанта, со стоит в том, чтобы убедить их не ждать слишком многого от математики»186.

Почему подчас математика бессильна смоделировать какой-то процесс? (К сожалению, специалисты не смогли предусмотреть обстоятельств, привед ших к гибели «Колумбии»). Как нам представляется, в немалой степени это связано с наличием бифуркаций – состояний, в которых система претерпева ет изменение структуры. Теоретическая робототехника – это человекораз мерная система. Человек и робот пребывают в сложных, взаимообусловлен ных взаимоотношениях. Человек – это творец робота, но в какой-то мере и продукт его. В настоящее время указанные взаимоотношения подошли к оче редной точке бифуркации – происходит поворот от промышленного или ис Быков Р.Э., Глазунов В.А., Тытик Д.Л., Новикова Н.Н. Моделирование модулей кристаллических струк тур с помощью механизмов с избыточными связями. / Проблемы машиностроения и надежности машин.

Машиноведение, 2002, № 2, с. 89-96.

Башляр Г. Новый научный дух. / Новый рационализм. М.: Прогресс, 1987, с. Станиславский К.С. Моя жизнь в искусстве. М.: Искусство, 1983, 424 с.

Винер Н. Я – математик. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, с. 248.

следовательского робота, функционирующего, как правило, в среде, исклю чающей возможность нахождения в ней человека (иногда в силу наличия в ней такого опасного соседства, как робот), к так называемым «социальным роботам».

В полной мере здесь уместно использовать общие положения, касаю щиеся рассмотрения человекоразмерных систем: «…взаимодействие челове ка со сложными открытыми системами протекает таким образом, что само человеческое действие не является чем-то внешним, а как бы включается в систему, видоизменяя каждый раз поле ее возможных состояний. Отсюда в стратегии деятельности оказывается важным определить пороги вмешатель ства в протекающие процессы и обеспечить за счет минимизированного воз действия именно такие направления развития системы, которые позволяют избежать катастрофических последствий и обеспечивают достижение чело веческих целей» Достаточно обоснованным представляется соображение, что миними зация воздействия достигается в положениях бифуркации. По этому поводу Н.Н. Моисеев писал: «…явление бифуркации типично для большинства про цессов, разворачивающихся во времени». «В этих условиях память системы резко уменьшается, поскольку решающую роль играют случайные факторы, действующие в процессе перестройки». Важно определить количество направлений (каналов) развития: «их число может быть сколь угодно боль шим, а как показывает пример с Эйлеровой колонной, количество каналов развития может иметь даже мощность континуума», «…из-за вероятностного характера бифуркационных процессов эволюция не может иметь обратного хода».188 Далее Н.Н. Моисеев указывал: «Возникновение жизни мне пред ставляется грандиозной бифуркацией». «…как и всякая реальная бифурка ция, реальная перестройка структуры процесса происходит не мгновенно…».

Степин В.С. Теоретическое знание. М.: Прогресс-Традиция. 2000, с. 695.

Моисеев Н.Н. Современный рационализм. М.: МГВП КОКС, 1995, с. 75, 77, 79.

Что же касается переходных форм, то они «…как и во всяком бифуркацион ном переходе крайне неустойчивы…» Исходя из столь сложного характера процессов бифуркации, наиболее применимым для управления самоорганизующимися, эволюционирующими системами предстает приводимый Н.Н. Моисеевым восточный «принцип кормчего», предполагающий встраивание в систему или подстраивание под нее и применяющий локальные воздействия именно в периоды бифуркаций.

Похожий подход мы находим и в принципах дзэн-буддизма, неоднократно упоминаемых В.М. Розиным в труде по эзотерической реальности.190 Для рассмотрения этих вопросов уместно воспользоваться разработанными во второй главе робототехническими моделями, позволяющими поставить мыс ленный эксперимент и выяснить, насколько катастрофичен будет бифурка ционный процесс.

Согласно упомянутым моделям, при подходе к положению бифуркации наступают внутренние напряжения, пропадает возможность независимого функционирования подсистем. Вот как по этому поводу, рассматривая «смутные времена» социальных систем, писал С.В. Ключевский: «Старые верования, старые отношения разрушены;

в новое, беспрестанно изменяю щееся, в многоразличные противоречивые толки и системы верить нельзя». В контексте нашего исследования социальные революции (и в том числе Ок тябрьская революция) предстают как моменты бифуркаций, когда система испытывает «ортогональное» воздействие в наиболее чувствительной точке.

Вспомним, как по этому вопросу высказывался руководитель восстания В.И.

Ленин: «Восстание должно опираться на такой переломный пункт в истории нарастающей революции, когда активность передовых рядов народа наибольшая, когда всего сильнее колебания в рядах врагов и в рядах слабых половинчатых нерешительных друзей революции». Для обеспечения локаль ного воздействия в наиболее чувствительной точке нужно «…поместить наш Там же. с.103, 104.

Розин В.М. Путешествие в страну эзотерической реальности. Избранные эзотерические учения. М.:

УРСС, 1998, 376 с.

Ключевский С.В. Чтения и рассказы по истории России. М.: Правда, 1989, с. 423.

штаб восстания у центральной телефонной станции, связать с ним по теле фону все заводы, все полки, все пункты вооруженной борьбы…» Не являясь сторонниками социальных потрясений, мы тем не менее отметим, что метод локальных воздействий в положениях бифуркации может быть весьма эффективен при управлении эволюционирующими, самооргани зующимися человекоразмерными системами, например, при обучении или при нейро-лингвистическом программировании. Согласно Р. Бэндлеру и Д.

Гриндеру, весьма важны моменты некоторого хаоса в сознании, которые мо гут предшествовать рефреймингу (переходу к новой концепции): «Замеша тельство – это путь к реорганизации ваших восприятий и к новым знаниям, …это сигнал некоторого несоответствия, открывающий перед вами возмож ность чему-то научиться.»193 Эти авторы подчеркивают, что «…реальность является контекстуальной».194 «Любое возможное ощущение и любое пове дение оказывается уместным, если поместить его в надлежащий контекст, в подходящую рамку.» Управляя самоорганизующейся человекоразмерной системой, целесо образно встроиться в нее, приближая состояние бифуркации, а затем произ вести точечное действие. Например, этот подход применяется в современных технологиях социального программирования: «Вообще мы стараемся так придумывать стратегии, чтобы все, что случается вокруг, не только не могло повлиять на реализацию, но даже могло бы быть с пользой инкорпорировано в план. Мы с презрением относимся к стратегиям, которые дают свободу действий сопернику (дескать, у нас свой план, у них – свой, и посмотрим, кто сильнее)», но «…справиться можно со всем, кроме клиента».196 С клиентом трудно работать потому, что он, как правило, предпочитает «силовые» мето ды воздействия. Но здесь нужно «нелинейное» мышление, поскольку жизнь Ленин В.И. Марксизм и восстание. Письмо Центральному комитету РСДРП (б). / Полн. собр. соч. Изд. 5, Гос. изд. полит. лит-ры, 1962, с. 243, 247.

Бэндлер Р., Гриндер Д. Рефрейминг: оринтация личности с помощью речевых стратегий. Воронеж: НПО «МОДЭК», 1995, с. 37.

Там же. с. 96.

Там же. с. 8.

Гусев Д.Г., Матвейчев О.А., Хазеев Р.Р., Чернаков С.Ю. «Уши машут ослом». Современное социальное программирование. / Alex J. Bakster Group, 2002, c. 47.

не сводится к игре «с нулевой суммой». Это отмечал, в частности, П. Вац лавек: «Вряд ли можно порекомендовать более доступный и радикальный способ создать себе поистине адские условия существования, чем уверен ность в том, что жизнь как таковая, во всех ее проявлениях, представляет со бой игру с нулевой суммой, и любые отношения с партнером сулят лишь од ну-единственную альтернативу – победа или поражение». Подтверждение тезиса о предпочтительности ненасильственного воз действия на самоорганизующуюся систему можно найти у представителей анархо-мистического движения – В.В. Налимова и его учителя А. А. Солоно вича. Они выдвигали «принцип “ненасилия”, являющийся в существе своем принципом величайшей силы, ибо гигантская сила нужна, чтобы действовать ненасилием…». Строя науку по иным принципам, можно прийти к следую щей ситуации: «Раньше, чем объяснить, наука должна убить – ясно, что и ее выводы мертвы».198 В некотором смысле робототехника опровергает это утверждение, поскольку она создает новый действующий разум.

В этом контексте упомянем высказывание Макса Вебера: «В чем же состоит смысл науки как профессии теперь…? Самый простой ответ на этот вопрос дал Толстой: она лишена смысла, потому что не дает никакого ответа на единственно важные для нас вопросы: “Что нам делать?”, “Как нам жить?”».199 Конечно, теоретическая робототехника не даст исчерпывающего ответа на эти вопросы. Но она может дать «локальные», частные ответы. В настоящее время в развитии робототехники происходит бифуркация – в центр внимания попадают так называемые «социальные роботы». Это такие устройства, которые функционируют в среде, включающей человека. Если 15-20 лет назад автор этих строк, работая с отечественным роботом «Универ сал-5» или японским роботом «Матбак», должен был быть, по правилам тех ники безопасности, за пределами рабочей зоны, отмеченной барьером или Вацлавек. П. Как стать несчастным без посторонней помощи. М.: Прогресс, 1993, с. 139.

Налимов В.В. Канатоходец. М.: Издательская группа «Прогресс», 1994, с. 145-146.

Вебер М. Наука как призвание и профессия. / Избранные произведения. М.: Прогресс, 1990, с. 710.

хотя бы нарисованной границей, то теперь научное сообщество вплотную подошло к созданию робота-няньки.

Одним из ответов на вопрос «Что делать?» может быть: создавать ро бототехнические устройства, помогающие существовать престарелым и ин валидам. Теоретическая робототехника ответит и на вопрос «Как это сде лать?». Кроме того, эта наука позволяет узнать, что же мы, собственно, дела ем, когда, например, берем в руки карандаш - мы планируем траекторию, а затем отслеживаем движение по ней. Робототехника помогает найти ответ на вопрос: «Как мы это делаем?». Мы минимизируем ошибку, отклонение от программы. Однако, заметим с тревогой, что, скорее всего, прежде чем будет создан робот-нянька, появится робот-убийца (универсальный солдат). Но как бы то ни было нам следует проанализировать тенденции развития робототех ники в связи с разработкой «социальных роботов». Это очень емкое назва ние, используя его, приведем высказывание Ч. С. Пирса: «Главный аргумент в пользу номинализма гласит, что нет человека, если нет какого-то частного человека,… в человеческом сознании нет ничего такого, что не имело бы че го-то соответствующего в слове». Весьма отчетливо тенденция по созданию «социальных роботов» про явилась при работе последнего по времени XIV Международного симпозиу ма по теории и практике роботов и манипуляторов (RoManSy) в городе Удине (Италия) в июле 2002 г. В этом симпозиуме автору данной работы (к сожалению, единственному из стран СНГ) довелось принять участие. Конеч но, были представлены доклады традиционных направлений. Например, очень интересная работа К. Вольхарта посвящена кинематической геометрии манипуляторов параллельной структуры, рассмотренной на основе так назы ваемой моторной алгебры201 – это одно из ответвлений винтового исчисле ния. Но особое внимание было уделено именно «социальным роботам».

Пирс Ч. С. Начала прагматизма. С.-Пб.: Алетейя, 2000, т. 1, с. 47, Wohlhart K. Mises Derivatives of Motors and Motor Tensors. / / Theory and Practice of Robots and Manipula tors (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 87-98.

Один из аспектов разработки «социальных роботов» заключается в приспосабливании обычных, уже привычных роботов-манипуляторов к воз можности функционировании их в среде, включающей человека. Здесь необ ходимы усилия в плане программного обеспечения и очувствления робото технических устройств. Группа ученых, руководимая О. Хатибом202 (Стэн фордский университет, США), уже в течение нескольких лет занимается про ектированием и экспериментальным исследованием «танцующего» робота «Puma», установленного на подвижной платформе с управляемым колесным движителем. Изменение конфигурации манипулятора и положения платфор мы обусловливается непосредственным механическим воздействием на устройство.

Пленарный доклад бельгийского ученого Х. Ван Брюсселя203 был по священ программно-сенсорной адаптации обычных манипуляционных робо тов сообразно с необходимостью «сосуществования» с человеком. Этот же вопрос рассмотрен в работе японских авторов, работающих в институте Ва седа (Х. Ивата с соавторами204).

Интересные результаты представлены в области медицинских роботов.

Конечно, дело еще не дошло до автономных микророботов, перемещающих ся в сосудах человека. Однако, уже созданы роботы-катетеры и эндоскопы (Ф. Бидо с соавторами205, Д. Форе с соавторами206, В. де Сара с ми207). Х. Таканобу с соавторами208 разработал робот параллельной структу Oetomo D., Ang M.H.J., Jamisola R., Khatib O. Integration of Torque Controlled Arm with Velocity Controlled Base for mobile Manipulation. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 189-199.

Van Brussel H. From Industrial to Service Robots, an Important Paradigm Shift. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 5-6.

Iwata H., Morita T., Sugano S. Human Symbiotic Humanoid Robot with Whole-body Compliance. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 537-547.

Bidaud Ph., Chapelle F., Dumont G. Evolutionary Optimization of Mechanical and Control Design Application to Active Endoscopes. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 317-330.

Foret J., Boudjabbi S., Ferreira A., De Mathelin M. Configuration Control of a Flexible Micro Robotic Arm for Catheter-type Microrobot. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 127-139.

de Sars V., Szewczyk J., Bidaud Ph. Force and Position Control of a SMA Actuated Endoscope. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 527-536.

ры, предназначенный для выправления вывиха челюсти. Отметим также ре зультаты по исследованию манипуляторов для работы с микрообъектами (это важно и для нанотехнологий). Так, работа Ж.-К. Гино с соавторами209 посвя щена вопросу об использовании сил адгезии (силы поверхностного взаимо действия) для удерживания манипулируемыми объектами микромира.

Особое внимание уделено исследованию управления и механики ша гающих роботов, особенно двуногих. Традиционно в этом вопросе сильны представители японской школы, которые уже разработали ряд функциони рующих моделей. Однако, можно отметить и результаты немецких авторов (Ф. Пфайфер с соавторами210, В. Шилен с соавторами211), а также американ ских (К. Уолдрон с соавторами212) и французских (Ж. Вилланова с осавтора ми213).

Самые впечатляющие результаты представили японские робототехни ки. В Японии функционирует институт Васеда, занимающийся исследовани ями по созданию человекоподобных роботов. Один из руководителей работ – профессор А. Таканиши214, он (вместе с соавторами) представил пленарный доклад, а затем целый ряд секционных докладов, где были рассмотрены ро Takanobu H., Nakamura K., Takanishi A., Ohtsuki K., Ohnishi M., Okino A. Patient Simulator for Mouth Open ing and Closing Training. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 549-555.

Haliyo D., Regnier S., Guinot J.-C. Manipulation of Micro-objects using adhesion Forces and Dynamical Effects in Unconstrained environment. / / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 151-161.

Gienger M., Loeffler K., Pfeifer F. Design and Realization of Jogging Johnnie. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 445 452.

Gruber S., Schiehlen W. Inverse Dynamics Power Saving Control of Walking Machines. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp.

463-470.

Schmiedeler J., Siston R., Waldron K. The Significance of Leg Mass in Modeling Quadrupedal Running Gaits. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 481-488.

Villanova J., Neveu P., Gasc J.-P. Using the Head to Stabilize a Quadrupedal Walker. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp.

489- 498.

Takanishi A. Humanoid Robotics: New Trend in Robot Research and Industry in Japan. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp.

7-8., Miwa H., Takanobu H., Takanishi A. Human-like Head Robot WE-3RV for Emotional Human-Robot Interac tion. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 519-526., Nishikawa K., Imai A., Ogawara T., Takanobu H., Mochida T., Takanishi A. Development of an Anthropomorphic Talking Robot to Mechanically Produce Human Voices. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 309-316.

боты, имитирующие человеческую мимику и эмоции, роботы танцующие, а также играющие на музыкальных инструментах, роботы, имитирующие ре чевой аппарат человека. Интересно заметить, что японские исследователи, создавая феноменальные образцы действующих человекоподобных устройств, не всегда сильны в фундаментальных теоретических вопросах (к сожалению, у российских ученых наблюдается прямо противоположная тен денция). Интереснейший доклад Х. Лима с соавторами,215 посвященный ста билизации ходьбы двуногого антропоморфного робота, вызвал некий мето дологический спор между авторами доклада и классиком робототехники М.

Вукобратовичем (Югославия). Классик достаточно обоснованно утверждал, что авторы не понимают разницы между «стабилизацией» и «устойчиво стью» (первая характеризует статическую, а вторая – динамическую поста новку задачи).

Как бы то ни было, теоретическая (и практическая) робототехника по дошла в своем развитии к точке бифуркации, к переходу от традиционных промышленных и исследовательских роботов к «социальным роботам».

Огромные силы и средства брошены на создание человекоподобных роботов, причем не совсем ясно, какую практическую выгоду могут преследовать эти разработки. Думается, что исследователями движут три обстоятельства. Пер вое связано с тем, что при создании робота, как можно более точно воспро изводящего различные функции человеческого тела (от опорно двигательного до речевого аппарата), неизбежно будут осуществлены многие прорывы в технологии. Эти результаты можно затем будет использовать в других областях техники.

Второе обстоятельство обусловлено осознанием тенденции все боль шего проникновения робототехники в повседневную жизнь (даже стиральная машина теперь снабжена микрокомпьютером). Очевидно, что взаимодей ствие робота и человека будет более «дружественным», если робот будет Lim H., Sugahara Y., Takanishi A. Stabilization Walking Control for Human-like Biped Robots. / Theory and Practice of Robots and Manipulators (RoManSy): Pr. of XIV CISM-IFToMM Symposium, 2002, Springer Wien New York, pp. 471-480.

способен проявлять какие-то человеческие черты (например, «обижаться», если его щелкают по «носу»). Наконец, третье обстоятельство (быть может, не вполне осознаваемое исследователями, но являющееся весьма сильным побудительным мотивом) связано с потребностью «инсайта» (по А. Маслоу), с потребность сотворить нечто, отдаленно напоминающее «гомункулуса».

Понятно, что управлять процессом творчества, процессом самоорганизации человекоразмерной системы, каковой является научное сообщество, занима ющееся, в частности, робототехникой, возможно лишь ненасильственным методом, согласующимся с «принципом кормчего».

В теоретической робототехнике разработаны различные подходы управления вблизи положений бифуркации. Первый подход, пригодный для манипуляторов с открытой кинематической цепью216, определяется тем, что в случае потери роботом одной или нескольких степеней свободы (в результа те особых геометрических соотношений между взаимным положением осей сочленений нарушается регулярная структура) программа так корректирует предписанную траекторию, чтобы удовлетворить требованию близости к же лаемому движению и «обогнуть» вырожденную конфигурацию.

Другой подход217 заключается в том, чтобы уже при проектировании робота попытаться избежать всех его вырожденных положений. Тем самым можно существенно сузить рабочую зону манипулятора, но на это иногда стоит пойти, так как можно будет быть уверенным в отсутствии каких бы то ни было непредвиденных изменений структуры. Особенно это важно для па раллельных роботов-манипуляторов (мы их называем манипуляторами па раллельной структуры), поскольку для них возможны потери устойчивости и управляемости и появление неуправляемой подвижности.

Анализируя положения бифуркаций роботов с замкнутыми и незамкну тыми кинематическими цепями, нам удалось установить, что эти положения Глазунов В.А. Об управлении манипулятором в особенных положениях. /Известия АН СССР. Механика твердого тела, 1985, № 4, с.45-50.

Сугимото К., Даффи Д., Хант К. Определение экстремальных расстояний при движении руки робота./ Тр.

Американского общества инженеров-механиков. Конструирование и технология машиностроения. 1981, №3, с.37-43.

образуют континуумы – гиперповерхности бифуркаций, размерность кото рых лишь на единицу меньше числа степеней свободы системы в нормаль ных состояниях218. Были выяснены направления движения (это шестимерные кинематические винты), которые обусловливают вывод из состояния бифур кации или перевод в соседние подобные состояния. Сообразно с этими ре зультатами был указан третий подход к решению проблемы бифуркаций по добного рода – это оснащение параллельного манипулятора дополнительным двигателем, устанавливаемым в сочленении, определяющем максимальное локальное воздействие в состоянии бифуркации219. Все эти подходы целесо образно учитывать при рассмотрении бифуркаций сложных человекоразмер ных систем.


Интересно в связи с этим рассмотреть, каким образом в процессе раз вития теоретической робототехники возникают новые методы исследования.

Особая роль при этом должна отводиться локальным воздействиям в момен ты бифуркации (научные революции). Например, возникает вопрос, как со относятся между собой подходы, построенные на основе аналитических или численных алгоритмов? Как известно, одним из основных средств решения многочисленных проблем в совершенно различных областях науки от меха ники до социологии являются дифференциальное и интегральное исчисле ния, которые ныне воспринимаются как совершенно естественный подход, использующий понятия бесконечно малых и их отношений. До Ньютона и даже некоторое время после него эти понятия не были осознаны, хотя в ка кой-то степени они были присущи некоторым элементам античной филосо фии, в частности парадоксы Зенона приводят к понятию бесконечно малых.

Но лишь в работах Ньютона и Лейбница появились понятия дифференциала и производной как отношения этих дифференциалов.

В указанном математическом аппарате существенную роль играет определение математического предела отношения приращений функции и ее Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф. Пространственные механизмы параллельной структуры.

М.: Наука, 1991, 96 с.

Глазунов В.А. Пространственный механизм. Авторское свидетельство СССР № 1757867, МКИ В 25J 1/00.

аргумента, когда приращение аргумента стремится к нулю, и в этом нам ви дится несомненное «нарушение постепенности», своего рода бифуркация - от рассмотрения секущей, соединяющей две точки графика функции, мы пере ходим к понятию касательной, имеющей лишь одну общую точку с кривой.

Появление понятия интеграла, обобщившего суммирование конечных малых приращений функции при малых конечных приращениях аргумента, также можно считать выражением бифуркации в процессе становления теории, по скольку этот математический аппарат позволяет представить в виде некото рой формулы бесконечную сумму стремящихся к нулю слагаемых.

Здесь уместно вспомнить о критике Гегелем дифференциального ис числения Ньютона220, представленной в «Науке логики» и связанной с тем, что, по мнению Гегеля (говоря современным языком), при определении диф ференциала от произведения функций не следует отбрасывать произведения дифференциалов этих функций. Однако, уже к началу XIX века операция дифференцирования, по существу представляющая собой линеаризацию функций, стала достаточно распространенной, и нелинейный член, выража ющий величины «второго порядка малости», и в те времена и теперь, как правило, не учитывается. Быть может, Гегель гениально предвидел, что ли неаризация может привести к потере существенных свойств исследуемого с помощью данных уравнений объекта (что в результате и оказалось, когда наука вплотную подошла к исследованию нелинейных процессов и систем).

Исследование функции в некоторой малой области вблизи какого-либо ее значения в рамках линейного подхода может быть предпринято с помощью рядов Тейлора или Маклорена, при этом рассматриваются не только первые производные, но также вторые, третьи и более высоких порядков (эти ряды являются бесконечными), однако, как правило, в технических задачах (например, линейная теория колебаний) высшие производные отбрасывают ся.

Гегель Г.Ф.В. Наука логики. Т.1 М.: Мысль, 1970, с. В некотором смысле аппарат интегрального и дифференциального ис числения, весьма успешно примененный для решения многочисленных задач механики, термодинамики, теории электромагнитного поля, явился основой парадигмы «линейной науки». Лишь к концу XIX века, начиная с трудов А.

Пуанкаре, А.М. Ляпунова и др., начала формироваться «нелинейная пара дигма» (она, как известно, привела к синергетике и теории катастроф). Как нам кажется, подход Т. Куна, рассматривающий смену научных парадигм, можно считать подпадающим под концепцию локальных воздействий в по ложениях бифуркации, поскольку в нем (подходе) указывается и на взаимо связь между парадигмой и опытом, и на изменения парадигм при накоплении противоречий между теорией и практикой, причем сама парадигма влияет на постановку задач и методов исследования. К примеру, нелинейная теория ко лебаний обусловила появление многочисленных методик рассмотрения не линейных колебательных систем (метод гармонического или энергетического баланса, метод припасовывания, метод изоклин и др.) Но безусловно первый импульс к формированию парадигмы определен опытом (например, известен эффект «срыва амплитуд» при плавном увеличении частоты возбуждающей силы и «жесткой» нелинейной характеристики пружины;

это явление хорошо иллюстрируется амплитудной характеристикой, имеющей в отличие от ли нейных систем несимметричный вид).

Научная революция или (более локально) получение нового научного результата в известном смысле есть результат взаимодействия, разрешения противоречия между парадигмой и опытными данными, выражающими со держание научных подходов и задач. При этом осуществляется выход «в но вое измерение». Так, в настоящее время общепринятой является классифика ция механизмов, основанная на их структуре, этот подход разработан прежде всего трудами академика И.И. Артоболевского. На этой базе строятся все ву зовские курсы преподавания этой дисциплины, а также многие диссертации по этой тематике. Но некоторое время назад А.Ф. Крайневым221 предложена иная парадигма рассмотрения теории механизмов - функциональная класси фикация, связанная прежде всего не с элементами структуры (звенья, кине матические пары), а с операциями, функциями, выполняемыми этими устройствами. В данном случае парадигма оперирует не с существительны ми, а с глаголами (переместить, полировать, сверлить и т.д.). Некоторым ана логом данной классификации является работа К. Рота222.

Возвращаясь к обсуждению эпистемологических аспектов теоретиче ской робототехники, укажем, что формулирование концепции, основанной на дифференциальных, а не алгебраических уравнениях, потребовало своего ро да бифуркации, перехода «на иную размерность» (сообразно с моделями, представленными во второй главе). Данная задача в последние десятилетия в связи с появлением компьютерной техники приобрела «новое звучание», по скольку практически любое дифференциальное уравнение можно решить численно. Компьютер может только вычитать и складывать, однако много кратное повторение этой операции приводит к «бифуркации» и новым воз можностям, выражаемым не только в алгоритмизировании сложнейших про блем природы, общества или техники, но и в цифровом представлении чело веческого голоса или творений живописи. Компьютерные сети, выражающие существенно новое образование, связанное с объединением большого коли чества самостоятельных объектов, вносят новые свойства в саму организа цию функционирования науки (например, международная конференция те перь может происходить без необходимости пространственного перемеще ния ее участников, пользующихся Интернетом).

Остановимся на еще одном аспекте использования компьютерных ал горитмов при итерационном решении систем уравнений (это могут быть не только дифференциальные уравнения, связанные с изменением во времени каких-либо величин, но и, в частности, задачи механики сплошных сред, ис Крайнев А.Ф. Механика – от греческого mechanice (techne) – искусство построения машин. Фундамен тальный словарь. М.: Машиностроение, 2000, с.512.

Рот К. Конструирование с помощью каталогов. М.: Машиностроение, 1995, 420 с.

пользующие выражения в частных производных или метод конечных эле ментов). Очевидно стремление повысить точность вычислений и связанная с этим минимизация шага итераций, однако при некотором значении шага мы достигаем порога точности. Существует понятие количества значащих цифр:

результат может содержать двенадцать цифр в дробной части, однако «дове рять» можно будет лишь трем из них. Поэтому выбор шага представляет со бой одну из основных проблем вычислительной математики.

Укажем на влияние массовости производства на свойства механиче ских устройств и на методологию науки о механизмах и роботах. Речь идет о статистическом анализе параметров механизмов, в котором представлены как бы интегральные, обобщающие характеристики, полученные суммированием многочисленных частных случаев. Разработаны, например, таблицы, харак теризующие функции распределения вероятностей тех или иных отклонений параметров звеньев механизмов от их номинальных значений при опреде ленных технологиях изготовления. На основе анализа условий взаимозаменя емости деталей созданы стандарты их изготовления, а также так называемые системы допусков и посадок, широко применяемые в машиностроении. Пе реход от анализа отдельных механизмов к вероятностным характеристикам – это тоже бифуркация.

Переход к новой парадигме описывается моделью, полученной во вто рой главе (Рис. 2.2.2). Пытаясь управлять самоорганизующейся системой, следует отдавать себе отчет, на какой стадии развития она находится: либо это «нормальное» функционирование «внутри» парадигмы, либо ситуация чревата срывом и переходом в новое измерение. На наш взгляд, указанная модель творческого процесса удачно отражает эти стадии и способствует решению творческих задач. Мы осознаем опасность чрезмерного увлечения мысленными экспериментами в этой весьма тонкой области. Однако, мы во все не возвращаемся к обычному, классическому механицизму, а вводим но вый класс механических моделей, способных описать некоторые свойства процессов самоорганизации. В этом смысле уместно говорить о «постнеклас сическом механицизме» - термин принадлежит В.И. Аршинову.

Используя предлагаемый здесь подход, основанный на разработанных моделях, целесообразно, по нашему мнению, строить управление таким творческим процессом, как обучение. Мы должны учитывать, есть ли воз можность у обучаемого перейти на новый уровень осмысления вопроса (для чего нужно локальное воздействие в состоянии бифуркации), или ему еще нужно выстроить «цепочку» дополнительных примеров, которые в дальней шем помогут перейти к новой парадигме.


Система Станиславского также достаточно адекватно описывается ука занной моделью. Согласно системе223, актер должен выстроить в своем со знании цепочку, звенья которой связывают его с персонажем (предлагаемые обстоятельства, задача и сверхзадача). Затем следует этап снятия «зажимов»

и, посредством общения с партнерами, переход к вдохновенной игре «здесь и сейчас».

Сообразно с моделью ненасильственного воздействия построены неко торые методы медицины, в частности гомеопатии. М. Полани, критически относившийся к этому подходу, так его характеризовал: «…рекомендуемая [гомеопатией] концентрация лекарственных веществ является столь малой, что в обычной пище или питьевой воде содержится столько же, если даже не больше тех же самых веществ».224 Однако, мы вполне допускаем, что в такой сложной системе, как человеческий организм, вполне возможны состояния, чреватые бифуркацией, в которых достаточно и столь малого, локального воздействия для произведения бурного эффекта (это как раз и наблюдается в случаях удачного применения гомеопатических средств).

Подведем некоторые итоги проведенного в этом параграфе исследова ния. Здесь рассмотрены два аспекта теоретической робототехники как чело векоразмерной системы. Первый из них связан с тем, что роботы становятся Станиславский К.С. Моя жизнь в искусстве. М.: Искусство, 1983, 424 с.

Полани М. Личностное знание: на пути к посткритичесой философии. М.: Прогресс, 1985, с.84.

все более и более человекоподобными, пригодными к сосуществованию с че ловеком. Второй аспект обусловлен необходимостью разработки ненасиль ственных, локальных методов управления человекоразмерными эволюцио нирующими системами. Показано, что любое техническое устройство есть воплощение математики, поскольку в основе алгоритмов проектирования лежат математические модели. Но робот занимает в этом контексте особое место, поскольку он снабжен элементами интеллекта и математической мо делью собственного поведения.

В настоящее время осуществляется «бифуркация» в процессе развития теоретической и практической робототехники – происходит поворот к разра ботке «социальных роботов». Эти роботы способны перемещаться на двух конечностях, выражать мимикой свои эмоции, играть на музыкальных ин струментах. Создание таких устройств обусловлено возможными прорывами в технологиях, могущими быть использованными в других областях техники, необходимостью сосуществования робота и человека во все более тесном взаимодействии, а также, по-видимому, потребностью в «инсайте», в творче стве по созданию себе подобных объектов.

Для управления эволюционирующими системами наиболее пригоден «принцип кормчего». заключающийся в локальном воздействии на систему в положениях бифуркации. Этот принцип хорошо иллюстрируется робототех ническими моделями, на которых можно поставить мысленный эксперимент, помогающий ответить на вопрос, на какой стадии развития находится си стем, требуется ли кропотливая работа внутри парадигмы, или же уже необ ходимо «ортогональное» воздействие. Указанный принцип целесообразно попытаться применять в том числе в случаях, когда человек сам встроен в управляемую им систему, например, в научное сообщество, занимающееся теоретической робототехникой.

5.2. СЕТЕВОЕ МЫШЛЕНИЕ И ФРАКТАЛЬНОСТЬ В РОБОТОТЕХНИКЕ В данном параграфе мы попытаемся исследовать некоторые аспекты, связанные с человекоразмерностью и антропоморфностью теоретической ро бототехники. При этом рассмотрению подвергнутся характеристики этой науки, связанные с феноменом сетевого мышления, проявляющегося с осо бой значимостью именно здесь. Дело в том, что человеку и роботу приходит ся во все большей степени взаимодействовать не только между собой, но и с сетями компьютеров, а также с появляющимися гибридами – биороботами, киборгами и т. д. Мы рассмотрим некоторые проявления сетевого мышления, которые удалось наблюдать в научном сообществе при решении ряда про блем теории механизмов и роботов. Автору довелось принять непосред ственное участие в решении указанных проблем – прежде всего в данном случае речь идет о вопросе избыточных связей, а также об исследованиях в области микроманипулирования и нанотехнологий.

Анализируя какую-либо научную проблему и ход ее решения, невольно задаешься вопросом, почему именно эта проблема завладела умами ученых, например, почему столь пристальное внимание в течение всего ХХ столетия было уделено исследователями, занимающимися теорией механизмов, про блеме так называемых избыточных связей. Не будем забывать, что именно в это время зарождалась и развивалась теория относительности, квантовая ме ханика, кибернетика, микробиология и другие «сверхновые» науки. А в нашем случае речь идет лишь о каких-то «стерженьках» (звеньях механизма), скрепленных какими-то «штифтиками» (кинематическими парами). Навер ное, азарт исследователей обусловлен именно кажущейся простотой пробле мы (что-то вроде теоремы Ферма). Суть проблемы заключается в том, что число степеней свободы (степень подвижности) механизма (вернее, кинема тической цепи) определяется соотношением между количеством абсолютно твердых звеньев и кинематических пар.

Это соотношение известно как формула П.И. Сомова – А.П. Малыше ва, представляющая собой целочисленное выражение225. Однако, в 1903 г. Д.

Беннет опубликовал статью, где он описал пространственный четырехзвен ный механизм, имеющий подвижность вопреки указанному подходу226. Еще раньше (в 1897 г.) Е. Брикар представил шестизвенные механизмы, также противоречащие упомянутой формуле (подробный анализ этих объектов представил Д. Бейкер227). Мы не будем сколько-нибудь подробно останавли ваться на математической стороне этого вопроса, лишь укажем, что здесь вряд ли можно найти непосредственное практическое применение находи мым со столькими трудами парадоксальным механизмам.

Но даже в самый разгар Второй мировой войны, когда, в частности, Норберт Винер напряженно занимался проблемой фильтрации сигнала, по ступающего на радары, следящие за передвижениями германских самолетов, ученые-механики не оставляли исследований по поиску условий наличия из быточных связей. В 1943 г. М Гольдберг опубликовал статью, где предложил объединять кинематические цепи механизмов Беннета для получения пяти- и шестизвенников с избыточными связями. Затем этот подход развил П.Г.

Мудров228, а К. Уолдрон предложил использовать для рассмотрения этого вопроса различные виды симметрии кинематических винтов, описывающих движения звеньев.

Проводя этот исторический экскурс, мы хотели бы подчеркнуть, что для решения данной проблемы, вызвавшей долгий и устойчивый интерес ис следователей, самопроизвольно организовалась некая сеть, звенья которой обменивались собственными результатами и дополняли друг друга в плане Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Учебник для вузов / 4 изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1988, с. 35.

Bennet G.T. A New Mechanism./ Engineering, 1903, p.778-783.

Baker J.E. An Analysis Of the Bricard Linkages. / Mechanism and Machine Theory, 1980, v. 15, N 4, p. 267 286.

Мудров П.Г. Пространственные механизмы с вращательными парами. Казань, Изд. Казан. гос. ун-та, 1978, 264 с.

постановок задач и алгоритмов их решения. Но нам хотелось бы подчеркнуть два обстоятельства, характерные для функционирования этой сети, а воз можно и многих других научных сетей. Первое обстоятельство связано с «разнесенностью», «разделенностью» во времени функционирования участ ников сети. Можно возразить, что это всего лишь некоторая последователь ность исследователей, занимавшихся одной проблемой. Как выразился по этому поводу Норберт Винер: «…все наши результаты будут служить лишь отправными точками для других ученых, работающих над теми же пробле мами и заранее предвидевших все то, что нам удалось достигнуть. Именно в этом и заключается смысл знаменитого изречения Ньютона, сказавшего:

“Если я видел дальше, чем другие, то потому, что я стоял на плечах гиган тов”».229 Но нам кажется, что в нашем случае вполне правомочно говорить именно о сети, так как все же многие результаты были получены примерно в одно время.

Появление Всемирной компьютерной паутины, конечно, уменьшило разрыв в получении информации с «переднего края» любой науки, в том числе и занимающейся кинематикой пространственных механизмов, но ос новной фактор, определяющий скорость распространения информации по се ти (во всяком случае в рассматриваемом вопросе) – это время, затрачиваемое на понимание, усвоение и изложение на собственном языке результатов свое го коллеги. Здесь мы подходим ко второму отмечаемому нами обстоятель ству, на наш взгляд, более важному. Нам хотелось бы подчеркнуть «фрак тальность» сети, заключающуюся в том, что каждый участок, каждое звено сети (научный коллектив или даже отдельный ученый) старается охватить проблему полностью, «накрыть» ее с помощью разработки собственной наиболее общей концепции.

Сказанное проиллюстрируем двумя публикациями, вернее, двумя под ходами, каждый из которых в какой-то степени претендует на «всеохват ность» проблемы избыточных связей. Первый подход предложен Ф.М. Ди Винер Н. Я – математик. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001, с. 232.

ментбергом и предполагает исследование винтовых выражений, связываю щих перемещения звеньев.230 Этот подход назван методом результанта и опе рирует с особыми определителями, выражающими наличие общих корней в алгебраических выражениях. Другой подход разработан Б. Россом и К. Мав роидисом и оперирует с выражениями, полученными в результате преобра зований матриц Денавита-Хартенберга.231 Оба этих совершенно разных и очень «мощных» подхода объединяет одно обстоятельство – попытка увязать в единой модели, едином алгоритме все сведения, касающиеся избыточных связей. Каждый участник сети, сформировавшейся вокруг какой-либо про блемы, старается, прежде всего, изложить, интерпретировать на своем, не сколько отличном от других, языке все результаты своих коллег по сети.

Кроме того, он ставит перед собой такую задачу, чтобы своим подходом полностью «закрыть» проблему, а это требует времени. Эти обстоятельства обусловливают фрактальность сети «во времени и пространстве». Вспоминая о принципах многокритериальности, укажем, что важнейшим критерием для участника сети является полнота охвата проблемы. Другой критерий – это максимальная простота его подхода.

Еще один аспект фрактальности сети связан с тем, что каждый ее участник, как правило, является «звеном» нескольких сетей. Обратимся к классику в данном вопросе М. Кастельсу: «…сетевая логика нужна для структурирования неструктурированного при сохранении в то же время гиб кости, ибо неструктурированное есть движущая сила новаторства в челове ческой деятельности.»232 Конечно, сокращению временных задержек способ ствует развитие компьютерных технологий: «Несмотря на то, что репроду цирование человеческого мозга с его миллиардами цепей и непревзойденной способностью к рекомбинированию остается научной фантастикой, границы Диментберг Ф.М. Теория винтов и ее приложения. М.: Наука, 1978, 327 с.

Mavroidis C., Roth B. Analysis of Overconsrained Mechanisms. / Transactions of the ASME, Journal of Me chanical Design, 1995, Vol. 117, p. 69-74.

Кастельс М. Информационная эпоха: экономика, общество и культура. М.: Гос. Ун-т Высш. шк. экономи ки, 2000, с. 77.

информационной мощи нынешних компьютеров преодолеваются из месяца в месяц.» Человеческое и машинное становятся вплетенными в единую сеть вза имодействий. М. Кастельс ссылается на историка технологии Брюса Мазли ша: «…биологическая эволюция человека, ныне наиболее хорошо понимае мая в терминах культуры, заставляет человечество – нас с вами – осознать, что инструменты и машины неотделимы от эволюционирующей человече ской природы.»234 Человек, компьютер и робот становятся звеньями нового вида сетей, охватывающих современное производство: «Гибкие производ ственные системы с большим объемом выпуска, обычно связанные с расту щим спросом на данный продукт, объединяют высокие объемы выпуска, поз воляющие обеспечить экономию на масштабе производства, с приспособлен ными к работе на конкретный заказ, легко перепрограммируемыми произ водственными системами, позволяющими экономить на размахе опера ций.» М. Кастельс обращает внимание на возможные формы обмена инфор мацией между звеньями сети и приводит мнение японского исследователя Икудзиро Ноака: «… большинство знаний, накапливающихся на фирме, по черпнуто из опыта и не может быть передано рабочим через чрезмерно фор мализованные процедуры управления.»236 М. Кастельс подчеркивает, что функционирование сети должно зависеть от двух фундаментальных атрибу тов: «устойчивой связи в ней, т.е. способности поддерживать свободную от “шума” коммуникацию между ее компонентами;

согласованности сети, т.е.

степени, в которой имеется общность интересов между целями сети и целями ее компонентов».237 Сеть – это продукт самоорганизации, это некое вирту альное образование. Основываясь на определениях оксфордского словаря, М.

Кастельс указывает: «…реальность, так, как она переживается, всегда была Там же. с. 79.

Там же. с. 79.

Там же. с. 160.

Там же. с. 164.

Там же. с. 174.

виртуальной – она переживалась через символы, которые всегда наделяют практику некоторым значением, отклоняющимся от их строго семантическо го определения. Именно эта способность всех форм языка кодировать дву смысленность и приоткрывать разнообразие интерпретаций и отличает куль турные выражения от формального / логического / математического рассуж дения.» В этой связи, на наш взгляд, уместно привести еще несколько цитат. Э.

Гуссерль так трактовал знаменитое изречение Декарта «Я мыслю, следова тельно существую»: «Как известно, Декарт понимал это выражение столь широко, что оно охватывает любое “Я замечаю, я вспоминаю, фантазирую, выношу суждение, чувствую, вожделею, хочу”».239 А М. Кастельс приводит свою трактовку, весьма примечательную при рассмотрении феномена гибких производственных систем: «Я думаю, следовательно я произвожу». 240 Со гласно У. Матуране и Ф. Вареле «Всякая деятельность есть познание, всякое познание есть деятельность. Все сказанное сказано кем-то».241 Сеть, как и любая самоорганизующаяся система развивается, при этом «эволюция пред ставляет естественный дрейф, продукт сохранения аутопоэза и адапта ции.»242. Интригующи сравнения сети (например, Интернета) с функциони рующим человеческим мозгом, при этом «…поведение определяется внут ренними отношениями активности нервной системы». Самоорганизованной системе для выживания необходимо наблюдение.

С.Н. Коняев, исследуя данную проблему, ссылался на У. Матурану: «Наблю дение жизненно необходимо биосистемам для эволюции, для выживания». Роботы, вписанные в систему, включающую человека, «призваны служить искусственным продолжением нашего тела…Мы сливаемся с инструментом Там же. с. 351.

Гуссерль Э. Идеи к чистой феноменологии и феноменологической философии. Кн. 1 Общее введение в чистую феноменологию. М.: Дом интеллектуальной книги, 1999, с. Там же. с. 513.

Матурана У., Варела Ф. Древл познания. М.: Прогресс-Традиция, 2001, с 24.

Там же. с. 104.

Там же. с. Коняев С.Н. Реальная виртуальность: границы наблюдателя в информационных пространствах искус ственно созданных миров. / Концепция виртуальных миров и научное познание. С.Пб.: РХГИ, 2000, с. 44.

экзистенциально, существуем в нем». В данном случае С.Н. Коняев опирает ся на мнение М. Полани, а далее он размышляет о границах самонаблюдения для интересующих нас технических объектов: «Для робота задача анализа и изменения своей границы усложняется. Он должен сам “изнутри” разрабаты вать “программное обеспечение”, строить логико-познавательные стратегии.

Для этого он должен “строить” модели реальности, не имея возможности взглянуть на себя со стороны». Робот может обеспечить синергию – согласованное движение приводов - за счет наличия у него модели самого себя (модели собственного поведе ния), некоего «виртуального робота». В качестве альтернативы можно было бы изначально (до опыта) провести расчет и найти закон изменения управ ляющих напряжений, а затем подать этот закон на вход и попытаться полу чить требуемое движение – но тогда получим все увеличивающиеся ошибки на выходе и неустойчивое движение робота. Поэтому степени свободы охва тывают отрицательными обратными связями и получают динамическую си стему, для которой нужно искать условия устойчивости.

Вообще говоря, для любого технического объекта, проектируемого в наше время, необходимо наличие его виртуального прототипа – математиче ской модели, на которой можно поставить численные (и мысленные) экспе рименты. Но у робота эта модель встроена, и это позволяет в реальном вре мени искать оптимальные управляющие воздействия. Во все большей степе ни именно такой подход можно отметить при создании весьма широкого кру га технических объектов – бытовых, промышленных, транспортных. Совре менные стиральные и посудомоечные машины снабжены программными устройствами и системой обратных связей. Современные автомобиль, само лет или танк имеют собственные компьютеры и управляют своим поведени ем в соответствии с требованиями управляющего ими человека и сообразно с меняющимися внешним условиям. Современное производство – это объеди Коняев С.Н. Реальная виртуальность: границы наблюдателя в информационных пространствах искус ственно созданных миров. / Концепция виртуальных миров и научное познание. С.Пб.: РХГИ, 2000, с. 46-47.

ненные в иерархическую систему станки и роботы, выполняющие техноло гические, транспортные и складские функции.

Еще один аспект, связывающий робототехнику и виртуалистику, обу словлен вероятностным (виртуальным) характером предполагаемого движе ния робота. На взаимосвязь виртуалистики и вероятностных характеристик случайных величин указывал Ю.В. Сачков: «Если в более ранних познава тельных моделях закономерности выражались как прямые, непосредствен ные зависимости между свойствами исследуемых объектов и систем, то в случае теоретико-вероятностных методов эти зависимости в своей основе опосредованы распределениями».246 Исследуя движение робота, мы можем лишь указать некоторый «коридор», в котором будет перемещаться центр собственной систем координат выходного звена, и если границы этого «ко ридора» будут чрезмерно возрастать, то это неустойчивый режим, который нужно корректировать.

Упомянутая проблема самоидентификации робота (можно провести аналогию с самоидентификацией человека – П.Д. Тищенко247) важна для уяс нения вопроса о границах наблюдаемости в случаях, когда мы используем инструменты, снабженные элементами искусственного интеллекта. Именно таковыми во все возрастающей степени становятся все приборы современной науки – от межпланетного зонда до растрового туннельного микроскопа.

Принципы работы упомянутого микроскопа рассмотрены в статье Д. Биннига и Г. Рорера: «…оптический микроскоп не может обеспечить различение (раз решение) атомных структур. Причина заключается в том, что средняя длина волны видимого света примерно в 2000 раз больше диаметра атома, равного, скажем, 3А (1 ангстрем = 1 10-10м)…Электрон, обладающий достаточной энергией, проявляет себя как свет, длина волны которого сравнима с диамет Сачков Ю.В. Вероятность: виды и уровни возможного. / Концепция виртуальных миров и научное позна ние. С.Пб.: РХГИ, 2000, с. 141.

Тищенко П.Д. Феномен биоэтики. / Вопросы философии, 1992, № 3, с. 104-114.

ром атома. На этом факте было основано изобретение электронного микро скопа…» В растровом туннельном микроскопе «…не используются никакие сво бодные частицы;



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.