http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=fcf8e75b-ac32-4ed6-a17a-eb57a704968e&print=1
© 2024 Российская академия наук

С роботами легче

Кто бы мог подумать, что столь эмоциональная дискуссия развернется вокруг такой сухой темы, как «Проблемы группового (кооперативного) управления». Ее раскрыл в своей лекции на очередном заседании Профессорского клуба Южного федерального университета директор НИИ многопроцессорных вычислительных систем, член-корреспондент РАН И.А. Каляев.

СТАЯ СИЛЬНЕЕ КОМАНДИРА

Создание систем группового управления роботами - одно из направлений исследований НИИ многопроцессорных вычислительных систем. Нужно организовать управление объектами, которые должны совместными усилиями решить ряд задач при минимальных затратах времени и ресурсов. Игорь Анатольевич проанализировал сильные и слабые стороны различных стратегий группового управления, в частности централизованного и децентрализованного управления. В качестве примера централизованного группового управления, когда есть командир (центральный узел), управляющий всеми объектами группы, он привел игру в шахматы. Преимущества системы - простота организации, большая вероятность принятия оптимальных решений. Недостатки -низкая живучесть (выход из строя главного узла управления приводит к разрушению всей системы в целом) и ограничение по числу объектов в группе. Централизованное иерархическое управление лектор уподобил военной организации, когда командиру верхнего уровня подчинены группы командующих среднего звена, в свою очередь управляющих подчиненными. Преимущества - снижение размерности задач отдельного командира и как следствие - возможность управления большим числом объектов, более высокая живучесть. Недостатки: при передаче команд теряется время и зачастую смысл, так как каждый командир может по-разному интерпретировать задачу.

- Децентрализованное коллективное управление - более интересная и перспективная стратегия, - заметил И.А. Каляев, - Командира нет. Все объекты, входящие в группу, равны и имеют полную информацию о состоянии среды, в которой действуют, а также полную и одну и ту же информацию о цели действия. При этом подразумевается наличие канала связи, с помощью которого они могут обмениваться информацией, чтобы оптимизировать свои действия. Пример - дворовая игра в футбол. Каждый игрок принимает решения сам с учетом действий других объектов. Преимущество - высокая живучесть (система работоспособна вплоть до момента, когда остается один объект). Недостаток - оптимальное решение задачи не гарантировано, высокие требования предъявляются к каналу связи (если его уничтожить, система разрушится).

Иллюстрируя децентрализованное стайное управление, ученый привел пример с муравьями, которые тащат листик.

- В отличие от коллективного управления, здесь нет прямой информационной связи между объектами, -объяснил он. - Каждый работает сам по себе и получает информацию о других объектах только опосредованно через среду, в которой действует. В данном случае под средой можно понимать листочек. Муравьи не переговариваются, тем не менее притягивают лист в муравейник, в процессе подстраиваясь друг под друга. Преимущество стратегии - ее живучесть, недостатки - низкое качество решений, длительная адаптация к изменениям среды.

На графиках и в модельных компьютерных задачах, типа игры в виртуальный футбол, И.А.Каляев продемонстрировал, при каком количестве объектов в группе и каких временных затратах целесообразней тот или иной вид управления. Он отметил, что в последнее время в управлении роботами все чаще отдается предпочтение децентрализованной системе. Множество простейших роботов оказывается эффективней одного сложного механизма. В качестве примера привел «умную пыль», когда в военных условиях множество сброшенных с самолета микророботов может уничтожить сложную технику противника, например танк.

-Проблема группового управления актуальна для любых сфер деятельности человека, - подвел итог профессор Каляев. - Технически стратегия коллективного управления наиболее перспективна, так как обеспечивает быстрое принятие решений и высокую живучесть... Будем потихоньку уходить от централизованного управления.

КАК БЫТЬ С КОРРУПЦИЕЙ

-Идея коллективного управления плодотворна для описания элементарных роботов, которым приписана одна-единственная, заранее известная цель, общая для всех и не меняющаяся в ходе их функционирования, -взял слово доцент факультета психологии ЮФУ Сергей Борисович Целиковский. - То же можно сказать о нейронах, составляющих центральную нервную систему. Но насколько этот принцип подходит для человека, более сложной системы по поведению, по целеобразованию? Футболисты не ведут себя автономно на поле. Вратарь может показывать, куда кому бежать, футболисты командуют друг другом. У каждого огромное количество других автономных целей, и они не будут все свои ресурсы расходовать на выигрыш. К тому же мы стремимся делегировать принятие решений кому-то другому, ведь это слишком ответственно и накладно (у нас не остается ресурсов и времени для своих автономных задач).

- Я показал крайние стратегии поведения, - объяснил лектор. - В реальности они будут переплетаться друг с другом. Каждая модель эффективна в той или иной ситуации.

- Можно ли просчитать оптимальные программы коллективного управления в таких сложнейших коллективах, как педагогические?- поинтересовался заместитель декана факультета филологии и журналистики ЮФУ профессор Николай Николаевич Маевский.

Были вопросы о возможности использования предложенных моделей в решении социальных проблем. Ведь, несмотря на наличие мощнейших компьютеров, в вопросах социального управления ни одна серьезная задача (борьба с инфляцией, коррупцией) до сих пор не решена.

- С людьми сложнее. У каждого своя цель. Поэтому система может разрушиться, - ответил ученый.

ЕСЛИ МУРАВЕЙ ЛЕНИВЫЙ

-Кто определяет, что задача имеет решение ? - задал вопрос относительно стайного управления директор НИИ нейрокибернетики доктор биологических наук, профессор Борис Михайлович Владимирский. - Система может быть неустойчива, роботы могут и не решить задачу. Возможна ситуация, когда один толкает в одну сторону, другой в другую. - Предполагается, что они могут решить задачу. - К вопросу о муравьях. Есть исследования, где показано, что они обмениваются информацией, - посыпались реплики из зала.- А если в системе враг или просто ленивый муравей?

- Вы действительно настаиваете на четырех матрицах моделей управленческой деятельности? Ваша привязка к муравьям и футбольной команде имеет претензию на вклад междисциплинарного характера, но здесь вам будут возражать физиологи, биологи, этологи. Вы видите изъяны в постановке проблемы? – поинтересовалась доктор философских наук, профессор Татьяна Геннадьевна Лешкевич. - Я не утверждаю, что в каждом из примеров используется единственная стратегия группового управления, - объяснил ученый.

КИБЕРНЕТИЧЕСКИЙ ПОДХОД

- Сейчас идет активное использование кластерной технологии. Будут ли высокопроизводительные техноогии подстраиваться под задачи или все вытеснят клатерные суперкомпьютеры? - задала вопрос заместитель директора ЮГИНФО ЮФУ, доктор физико-матеатических наук, профессор Галина Викторовна Муратова.

- Кластерные технологии хорошо показывают себя в классе слабосвязанных задач, которые можно разбить на отдельные части и поручить решение каждой отдельному процессорному узлу суперкомпьютера. Как только начинается обмен информацией между процессорными узлами, реальная производительность кластерного суперкомпьютера падает практически до нуля. Наиболее перспективна подстройка архитектуры вычислительной системы под решаемую задачу. Пользователю необходимо обеспечить возможность создания в рамках некой универсальной вычислительной структуры проблемно ориентированных вычислительных архитектур, адекватных решаемой задаче. Задача изменилась - мы создали аппаратный аналог новой задачи. На последних выставках ведущих зарубежных фирм компьютерной техники процентов 30 суперкомпьютеров использовали этот принцип. Пример: когда в каждом кластерном узле стоит дополнительный вычислитель, который подстраивается под текущую задачу и используется в качестве ускорителя.

- Сравнивая децентрализованную и централизованную системы управления, мы фактически сравниваем преимущества и недостатки адресного и безадресного способа передачи информации, - включился в обсуждение доктор биологических наук, заведующий отделом НИИ нейрокибер-нетики ЮФУ Сергей Львович Загускин. - С этой точки зрения, главными являются три параметра - скорость, надежность, точность. И здесь можно поучиться у живой природы. Вначале в природе доминировала безадресная передача информации, адресная появилась на позднем этапе с возникновением многоклеточных организмов. Для решения конкретных задач надо находить оптимальное соотношение адресных и безадресных способов.

ЗДЕСЬ МЫ КОНКУРЕНТОСПОСОБНЫ

- Хочу сказать несколько слов в защиту кибернетики, - подвел итог дискуссии профессор Б.М. Владимирский. - Шестьдесят-семьдесят лет тому назад основным предметом исследования были одноуровневые одноцелевые системы, типа регулятора в холодильнике. Следующий этап ближе к людям - задачи одноуровневые, но многоцелевые. Для решения таких задач был разработан аппарат теории игр. Возникло множество проблем. Например, создание коалиций. Вопрос далеко не разрешенный. Многоуровневые многоцелевые системы - самые сложные из всех существующих. Академик В.М. Глушков (выпускник РГУ, создатель первой персональной ЭВМ для инженерных расчетов «МИР-1») был сторонником другого направления развития вычислительной техники и систем управления, но мы пошли иным путем. Сейчас снова кибернетическая идеология занимает достойное положение. И если мы организационно и интеллектуально не сделаем рывок, отстанем навсегда. Это одна из немногих областей, где мы конкурентоспособны. Но мы пока по-инженерному подходим к ситуации. А надо - по-научному, выстроив нормальную мирового уровня многоцелевую систему.