Робот из Нальчика возьмет под контроль здоровье растений.
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.
Мурат Анчеков, заместитель генерального директора КБНЦ РАН по инновационному развитию. Фото автора
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.
Геннадий БЕЛОЦЕРКОВСКИЙ
Обложка: фото Ольги Прудниковой
