Початок под присмотром
Искусственный интеллект может кардинально изменить привычную картину мира – в этом я убедился, побывав в Кабардино-Балкарском научном центре Российской академии наук в Нальчике. Создаваемые здесь
роботизированные системы способны принимать решения и даже
самообучаться. Это открывает широкие возможности применения их в агропромышленном комплексе.
В Нальчике мне показали прототип робота-агрозащитника, который, например, хорошо зарекомендовал себя на плантациях кукурузы в Кабардино-Балкарии. Роботизированная система на транспортной платформе способна автоматически двигаться по полям и мониторить состояние посевов. Информация о всходах снимается с помощью
сотен различных датчиков, размещенных на роботе, и анализируется системой искусственного интеллекта. Она и принимает
решения, исходя из ситуации. В итоге робот начинает борьбу с
насекомыми-вредителями, сорняками или заболеваниями растений еще на ранней стадии. Он вовремя «увидит» их и начнет опрыскивание, причем точечное, распыляя действующее вещество именно на сорные растения либо на пораженные всходы кукурузы, не затронув здоровые.
Это существенно сокращает расход препаратов, а на выходе получается чистая в экологическом плане продукция, без лишних нитратов и химикатов. Не нужны также авралы, когда приходится спасать хотя бы часть урожая.
Конечно, полностью исключить человека из этого процесса нельзя, кто-то должен следить за роботом, за тем, в частности, чтобы вовремя наполнять соответствующие емкости растворами гербицидов, фунгицидов, различных удобрений.
Эта работа ведется на базе молодежной лаборатории «Нейрокогнитивные автономные интеллектуальные системы» совместно с Институтом информатики и проблем регионального управления, Институтом сельского хозяйства и сельскохозяйственной опытной станцией, входящими в состав
КБНЦ.
Интересен прототип и другой роботизированной системы, придуманной и реализованной в КБНЦ. Она предназначена для уборки урожая в теплицах. Механическая рука бережно снимает плоды – система с помощью камер
высокого разрешения умеет выбирать спелые – и укладывает их в ящики. Со временем роботы заменят на уборке людей – рабочих сейчас огромный дефицит, из-за чего теряются 15-20% урожая. При этом плоды будут собирать очень аккуратно – в КБНЦ сконструировали и изготовили антропомиметическую кисть, по своей подвижности схожую с человеческой: те же пять пальцев, оснащенные десятками неразъемных шарниров,
придающих кисти максимальную гибкость и свободу движений.
Важно, что эта система с самого начала задумывалась как универсальная. Она может также работать на выкладке товаров на полки складов и магазинов, в домашнем хозяйстве, на объектах здравоохранения и во многих
других местах. То, что данное направление интенсивно развивается именно в Нальчике, не случайно. До того как в 2018 году возглавить КБНЦ, кандидат технических наук Залимхан Нагоев был директором Института информатики этого Центра. Став руководителем КБНЦ З. Нагоев вместе с коллегами-единомышленниками решил объединить разноплановые исследования институтов, входящих в состав центра.
-Заручившись поддержкой Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН, под его научно-методическим руководством мы заложили фундаментальную и прикладную информатику в основу наших междисциплинарных работ. Предпосылки для такого шага были: в Институте информатики уже сформировалось понимание, как надо развивать цифровизацию и прежде всего как создавать и внедрять системы искусственного интеллекта, – говорит Нагоев.
Ученый особо подчеркивает: выбор этой стратегии был во многом подготовлен теми, кто стоял у истоков данного исследовательского направления в КБНЦ РАН. Среди них – первый председатель, а ныне – научный руководитель КБНЦ, ученик академика В.М.Глушкова доктор технических наук, профессор Петр Иванов. Когда-то он взял З.Нагоева аспирантом в отдел, где проводил исследования выдающийся ученый Адиль Тимофеев, пионер создания искусственных нейронных сетей в Советском Союзе, признанный специалистом в области теоретической информатики, робототехники и систем ИИ. Основное место работы Тимофеева было в знаменитом Санкт-Петербургском институте информатики и автоматизации РАН, но трудился он и в Нальчике вместе с известным советским кибернетиком, учеником В.М.Глушкова Александром Летичевским.
Это была мощная научная школа. Выросшие в ней профессионально молодые кибернетики З.Нагоев и Мурат Анчеков, ныне- заместитель председателя КБНЦ по инновационному развитию, пришли к выводу, что на смену нейронным сетям должно прийти что-то более мощное по математическому аппарату.
– Постепенно мы начали заниматься мультиагентными нейрокогнитивными системами, – рассказывает Нагоев. – В основе их функционирования – виртуальная имитация человеческого мозга, его когнитивной архитектуры.
Исходили из общепринятого: человеческий мозг состоит из функциональных узлов. У каждого из них своя специализация: распознавание образов, эмоциональная оценка распознанного, синтез целей, синтез планов поведения и др. Всего порядка 500 таких узлов.
– Их имитация при создании ИИ, его когнитивной архитектуры активно развивается за рубежом, в частности в США, однако в России, к сожалению, такой подход не распространен. Мы стремимся восполнить этот пробел, – рассказывает ученый. – Считаем, что теоретический базис технологической революции 2010-2020 годов, так ярко проявившейся в системах ИИ, также развивается в этом русле. Ведь чат-боты на основе больших языковых моделей есть не что иное, как программные агенты на базе когнитивных архитектур. Основными вычислительными элементами в них пока являются примитивные искусственные нейроны, но они уже разделены по специализированным когнитивным узлам, а это неявное следствие применения неполносвязных конволютивных нейронных сетей. Кстати, автор успешной китайской DeepSeek заявил, что алгоритмы сети построены на теоретическом фундаменте школы В.М.Глушкова. В общем, передовые исследовательские и научно-производственные коллективы в области ИИ во всем мире сегодня так или иначе вовлечены в поиск принципов имитационного моделирования нейрокогнитивных архитектур головного мозга.
– Однако остается огромной проблемой также и программирование таких имитационных моделей, – продолжает Нагоев.
– Сделать это пытаются крупнейшие мировые корпорации, такие
как Microsoft, Google, Tesla, Open AI. В это дело закладываются колоссальные бюджеты, тратятся миллионы человеко-часов, однако проблема решается плохо. А выход есть: для начала необходимо признать, что запрограммировать имитационную модель мозга «со стороны», пусть даже силами огромных коллективов, невозможно в принципе. Чтобы решить
проблему, стоит сделать ставку на такую самопрограммирующуюся
систему, как та, что работает в человеческом мозге. Там ежедневно
включаются в работу до 200 миллионов новых нейронов, которые
проращивают различные связи к другим нейронам. Находясь в
разных отделах головного мозга, они строят свою неповторимую
когнитивную архитектуру, соорганизуются для решения конкретных задач. То есть мозг человека сам себя перепрограммирует. И мы пытаемся сымитировать этот процесс, бьемся над этим много лет. Уже есть рабочий вариант программы, написанный на языке программирования C++. Это
намного выгоднее, чем полагаться на искусственные нейронные сети. Знаю, что некоторые из них потребляют электроэнергии, как большой город. В зависимости от количества входных параметров- а сейчас их десятки миллионов, если не сотни – для их обработки по ключевым алгоритмам нужны колоссальные вычислительные мощности и энергозатраты. Их
рост идет по экспоненте. В то же время мозг человека справляется
и с более сложными задачами, не «перегреваясь». В чем тут секрет?
У нас есть оригинальный подход к решению этой задачи, который
мы также «подсмотрели» в объекте имитации – мозге. Для этого ввели новый класс функций – мульти-агентные. Они резко сокращают по времени выполнение операций и энергетические затраты на них.
Прообраз такой виртуальной модели мозга уже создан. О нем
рассказал директор Института информатики КБНЦ Кантемир Бжихатлов:
– Внешне программа выглядит невзрачно, но в ней вся магия и
происходит. В ее основе лежит мультиагентная рекурсивная архитектура. Она состоит из множества подпрограмм, которые моделируют нейроны мозга и связаны между собой, объединяясь в различные слои. Один отвечает
за сигналы, приходящие из внешнего мира, другой – за распознавание сигналов и их концептуализацию, третий – за эмоциональную оценку и т. д. Это позволяет нам тестировать разные рабочие гипотезы. Например, смотрим, какая необходима минимальная архитектура (условно говоря,
рефлексов) для того же робота, чтобы он смог самостоятельно
ориентироваться в пространстве и принимать верные решения.
При необходимости добавляем в систему дополнительных виртуальных агентов, тестируем их.
Сейчас готовится новый удобный и красивый интерфейс программы, трехмерная визуализация процессов значительно упростит
работу. Я бы сравнил такой ИИ с маленьким ребенком, который,
познавая мир, должен все вокруг пощупать, сориентироваться в обстановке, чтобы понять, как себя вести. То есть в основе функционирования – самообучение.
Большинство проектов КБНЦ связано с изготовлением различных устройств и отдельных узлов приборов. Делается это в собственном Центре коллективного пользования (ЦКП). Это оказалось намного удобнее, нежели
заказывать работу на сторонних предприятиях, где необходимое
оборудование еще поискать надо. С гордостью мне показали, наверное, самый большой на Северном Кавказе 3D-принтер, позволяющий печатать из металла и пластика изделия длиной до метра, а также аппарат лазерной резки.
ЦКП стал основой для инжинирингового центра КБНЦ, где умные устройства воплощаются в металле. Именно здесь появился на свет робот-парковщик, на которого можно выйти из приложения, установленного на смартфон. Нашел адрес, после умеренной платы назначил время – и, пожалуйста, в назначенном месте вас ожидает автомобиль. И это уже не
намерения, а реальное исполнение ваших желаний.
В центре также успешно ведутся разработки по созданию узкоспециализированных роботов для разминирования территорий, которые будут трудиться в составе мультиагентной системы. Создан прототип робота-автомойщика. Его, кстати, можно использовать для биологической, химической и других дезактиваций автомобилей в различных зараженных зонах.
ИИ поможет и археологам. В Нальчике уже создается виртуальный музей, позволяющий сохранить в 3D-археологические объекты на площадках, где совместно с учеными Государственного исторического музея ведутся раскопки, в частности, курганов.
Специальная платформа передвигается вдоль раскопа и регистрирует каждый миллиметр грунта и породы, которые снимают. Ведь в процессе раскопок тот
же курган перестает существовать, однако его детальный виртуальный образ в итоге сохраняется, и к нему можно вернуться- вдруг что-то упустили? При этом цифровые модели найденных артефактов будут размещены
(с подробным описанием) в виртуальном музее и доступны каждому желающему.
В разработке и использовании робототехнических систем КБНЦ
тесно взаимодействует с Центром передовых материалов и технологий, созданным при Кабардино-Балкарском государственном университете им. Х.М.Бербекова.
Комментирует глава этого центра член-корреспондент РАН, проректор по научно-исследовательской работе КБГУ Светлана ХАШИРОВА:
– У КБНЦ перспективные и нужные людям проекты. Например,
совместно с их сотрудниками мы разрабатываем композитные материалы для изготовления различных робототехнических комплексов. Провели также крайне интересный эксперимент по борьбе с опасными и очень распространенными карантинными сорняками – амброзией и борщевиком. Они доставляют стране тьму проблем, но, похоже, мы нашли одно из решений – полиэлектролиты, водорастворимые полимеры, которые мы синтезируем в нашем центре. Этими биоразлагаемыми и абсолютно
безвредными веществами можно обрабатывать заросли опасных
растений с беспилотников, чтобы предотвратить дальнейшее
распространение сорняков. КБНЦ уже провел большую работу по изучению влияния полиэлектролитов на амброзию и получил очень интересные результаты, которые в перспективе могут быть масштабированы. Эффект достигается за счет того, что растения покрываются полимерной
нанопленкой, которая не дает распространяться вызывающей
аллергию пыльце. А самое главное- вредное растение уже на второй
день погибает, потому что нанопленка не позволяет ему дышать.
Остатки амброзии могут послужить в дальнейшем удобрением, они хорошо разлагаются в почве и обогащают ее азотсодержащими
соединениями и микроэлементами. Разлагается и безвредная нанопленка.
Конечно же, после визита в Нальчик я просто не мог не воспользоваться шансом познакомиться с Приэльбрусьем, подняться по канатной дороге туда,
где открывается уникальный вид на две белоснежные вершины
древнего вулкана – самые высокие в Европе. С погодой повезло,
над ними маячили лишь два маленьких облачка. Слепило солнце.
И мне представилось, что когда-нибудь к этим вершинам можно
будет подняться с помощью робота-шерпы с искусственным интеллектом, основы которого создаются в Нальчике уже сегодня.
Газета «Поиск»
ЕЖЕНЕДЕЛЬНАЯ ГАЗЕТА НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА
Геннадий Белоцерковский
Фото Ольги Прудниковой