Рожденный в недрах стенфордских лабораторий, робот Shakey стал настоящим технологическим прорывом своего времени. По сути, это была первая серьезная попытка создать автономную мобильную машину, сочетающую мощь передовых вычислений с высокой маневренностью. Ну, или хотя бы ее подобие.
Гость из будущего…
Иллюстрация Шейки из книги “Не счесть у робота профессий” (1987).
Если быть точнее, он не пришел, а приехал, тихонько поскрипывая резиновыми колесами по полированному полу лаборатории. Идея «Shakey» (в переводе — «Трясун») зародилась в голове исследователя Чарльза А. Розена еще в 1963 году. Его концепция была дерзкой: создать аппарат, способный самостоятельно собирать данные с камер и датчиков, осмысливать их и свободно перемещаться в пространстве.
Реализация не заставила себя ждать: вместе с доктором Нильсом Нильссоном они занялись проектированием. Ставка делалась на эвристические алгоритмы и обучаемые модули распознавания образов. Проект получил поддержку DARPA в размере 300 000 долларов — несмотря на крах перцептрона Фрэнка Розенблатта и надвигающуюся «зиму искусственного интеллекта», интерес к робототехнике оставался высоким.
Гордый Розен вместе со своим детищем.
В 1965 году в Стэнфордском исследовательском институте (SRI) стартовали работы. О дизайнерских изысках речи не шло — конструкция подчинялась строгой функциональности. Робот достигал полутора метров в высоту, если не считать антенну связи. В верхней части размещались камера и дальномер, а корпус скрывал блок управления и логические модули.
Нильс Нильссон (справа) и Свен Вальстрём вместе с Шейки.
Первый чертеж Шейки, в последствии конструкция была изменена.
Снизу располагался бампер-детектор для взаимодействия с предметами, а по бокам находились «кошачьи усы» — датчики касания. За перемещение отвечали сервоприводы и управляемые колеса. Забавный факт: порой робот беспричинно начинал крутиться на месте. Выяснилось, что это была специальная подпрограмма для распутывания кабеля питания, который тянулся к потолку, пока исследователи ждали одобрения частот для радиосвязи.
Электронный интеллект
Сердцем системы изначально был компьютер SDS 940 с памятью на ферритовых сердечниках (объемом всего до 64 «килослов»). Позже его сменил более мощный 36-битный DEC PDP-10, ставший основным вычислительным центром. Именно на нем «вращались» алгоритмы планирования, логического вывода и построения карты мира.
SDS 940.
Для первичной обработки данных с камер и дальномера задействовали отдельный компьютер PDP-15. Он выступал в роли «периферийного мозга», отвечая за рефлексы и разгружая центральную систему от рутинных вычислений.
DEC PDP-10.
PDP-15.
Зрение и ориентация
Голова с камерами и дальномером.
Поскольку стандартные алгоритмы компьютерного зрения того времени работали неважно, команда Шейки разработала собственную методику — прототип будущего преобразования Хафа. Это позволило роботу распознавать формы и линии даже при наличии помех и «шумного» изображения.
Том Гарви и Хелен Чан пытаются уговорить Шейки не тыкаться в стены.
Сначала робот был крайне близорук и постоянно врезался в стены, не различая пол и вертикальные плоскости. Проблему решили радикально: плинтусы покрасили в темный цвет, чтобы камера могла четко фиксировать границы пространства.
Для навигации использовались три ключевых программных блока:
-
CLEARPATH: перед началом движения робот сканировал путь, определяя, свободен ли он.
-
LOBLOC: поиск конкретных объектов (например, ящиков) путем анализа вертикальных граней на изображении.
-
PICLOC: определение координат робота в комнате по опорным точкам — углам, дверным проемам и другим визуальным меткам.
Несмотря на кажущуюся автономность, Шейки «думал» очень долго. Видео тех лет — это результат серьезного монтажа: долгие часы ожидания принятия решения просто вырезались.
Программное наследие
Архитектура ПО Шейки была многоуровневой и включала в себя:
-
Базовые операции: элементарные команды (движение, поворот, захват), написанные на Lisp.
-
Средний уровень: логика восстановления после ошибок, использующая таблицы состояний (Марковские цепи), что позволяло роботу корректировать поведение при столкновениях.
-
STRIPS: система символьного планирования, которая сравнивала цели с текущей моделью мира и выстраивала цепочки действий.
-
Planex: исполнительный модуль, корректирующий план в реальном времени при изменении обстановки.
-
Алгоритм A*: прорывной метод поиска кратчайшего пути, ставший стандартом в современной навигации.
Алгоритм А*.
Эпоха Shakey
Shakey стал сенсацией, получив в прессе титул «первой электронной личности». На него приходили смотреть даже делегации профсоюзов, опасавшихся, что роботы отнимут у них рабочие места.
Проект завершился в 1972 году из-за поправки Мэнсфилда, ограничивавшей военное финансирование гражданских исследований. Тем не менее, технологии, заложенные в Шейки, легли в основу современных систем помощи водителю (ADAS), алгоритмов навигационных карт и логики марсианских роверов NASA. Сегодня этот первопроходец покоится в Музее компьютерной истории, но его вклад в робототехнику остается непревзойденным фундаментом.
