Слух и речь роботов
О природе речи известно достаточно много, и, может быть, поэтому считают, что не будет сложно сконструировать устройство для распознавания отдельных слов. В этом направлении велось много работ, и тем не менее успех, по-видимому, столь же неуловим, как и прежде. В то время как оказалось возможным создание устройств, которые могли использоваться человеком для распознавания слов, произносившихся раздельно диктором, было доказано, что построение подобным образом устройства распознавания множества слов независимо от диктора и особенностей его речи является гораздо более сложной задачей.
Хотя нам представляется, что до распознавания непрерывной речи еще далеко, некоторый прогресс в этом направлении достигнут. Однако вероятно, что создать устройство для распознавания речи, подобное естественному, не удастся до тех пор, пока не удастся построить машины, которые на основе заложенных в них элементов информации могли бы обучаться связывать речевые образы с другими явлениями. Нет сомнения в том, что, когда такие машины будут изобретены, они помогут нам узнать о лучших способах конструирования устройств, поддающихся обучению распознаванию речи.
Важно отметить, что для человека, слушающего либо речь с незнакомым акцентом, либо незнакомый голос, либо просто находящегося в каких-нибудь новых обстоятельствах, необходимо в течение некоторого времени привыкать к этой речи, к ее звукам, прежде чем станет возможно ее адекватное распознавание.
Выходной сигнал этого фильтра представляет собой сигнал медленно изменяющейся формы, который является характеристикой самой произнесенной цифры, а не произношения диктора. Для включения тех или иных лампочек в зависимости от слова, произнесенного в микрофон, в оконечном распознающем логическом устройстве используются цифровые схемы. Опытный образец системы был предназначен для распознавания слов «один» (one), «два» (two), «шесть», (six), «семь» (seven) и «восемь» (eight) со включением соответствующей лампочки.
Хотя над устройствами, подобными этому, предстоит еще немало потрудиться, успех в разработке системы, распознающей речь независимо от индивидуальных особенностей диктора, показывает, что необходимо отказаться от многих предубеждений в этой области. Нет сомнения в том, что система может быть упрощена и область ее применения расширена, если дальнейшие поиски .в этом направлении будут финансироваться.
Речь роботов
Наряду с несомненными преимуществами производства роботов, непосредственно понимающих речь и действующих в соответствии с командами человека, вряд ли вероятно, что в ближайшее время начнется промышленный выпуск роботов, способных воспроизводить речь.
Воспроизведение некоторых видов человекоподобных речевых сигналов не вызывает серьезных трудностей. Наиболее известный путь — это хранение определенного количества заранее записанных слов, произнесенных каким-либо человеком, которые могли бы извлекаться по мере необходимости, как в магнитофонных устройствах. В самом деле, эта форма речи довольно давно применяется в телефонных системах, например, заранее записываются сообщения о точном времени, автоматически составляемые из некоторого числа отдельно записанных слов. В лондонском метрополитене перед закрытием дверей поезда голос с произношением 30-х годов сообщает о необходимости освободить двери.
Эту форму речи очень легко использовать в разных системах, поэтому в течение некоторого времени она, очевидно, будет единственной формой речи роботов. Возможно, однако, и создание_ устройств, составляющих человекоподобную речь из отдельных элементов. Это делается уже довольно давно. Так, водер, в котором человекоподобная речь воспроизводилась в результате некоторых действий под управлением человека-оператора, предшествовал вокодеру, в котором управление воспроизводимой речью осуществляется сигналами низкой частоты, вырабатываемыми на, передающем речь входном устройстве.
Электрические сигналы, управляющие выходом вокодера, могут вырабатываться роботом, которому, таким образом, будет доступна весьма гибкая форма речи. Однако, если такое устройство будет управляться обучающим механизмом, то потребуется длительный период обучения.
В настоящее время в цифровых машинах практически используются оба вида речевоспроизводящего оборудования. Однако, очень важно, чтобы в подвижных роботах для обеспечения портативности любое используемое говорящее устройство было очень малым по размерам и массе.
По миниатюризации любых видов звукового оборудования сделано, по-видимому, совсем немного. В устройствах с предварительной записью используется механическое движение, что нежелательно для подвижных роботов. С другой стороны, такая система значительно проще, чем статический вокодер приемного типа.
Возможно, в дальнейших разработках будут использоваться специальные интегральные варианты вокодеров малых размеров и массы, что даст возможность отказаться от использования кинематики. Для первых роботов потребуется весьма ограниченный речевой словарь, но, вероятно, лучше в качестве основных применять более гибкие варианты вокодеров, такие, в которых используются элементы речи, а не целые слова, что позволит расширить возможности речевых устройств.
Отметим, что для роботов, в отличие от людей, нет ограничений в выборе выходных устройств связи и общения. Кроме прямого вывода модулированных сигналов радиочастоты в роботах вполне может использоваться прямое визуальное отображение выходных сигналов с помощью электронно-лучевой трубки, а также вывод не воспринимаемых человеком сигналов в инфракрасной и ультрафиолетовой областях, или на ультразвуковых частотах.
Использование сигналов, вырабатываемых самим объектом
Человек извлекает только ограниченную пользу, детектируя сигналы, производимые им самим. К примеру, мы ориентируемся в темноте, совершая поисковые движения рукой или ногой и обнаруживая препятствия по действию на зондирующую их конечность. Автора этих строк однажды вел в абсолютной темноте человек, который вытянул обе руки перед собой, но, к несчастью, забыл о необходимости разводить их по сторонам. Бедняга выздоровел довольно быстро, хотя край открытой двери оставил на его лбу неприятную вертикальную отметку. Основная особенность действий в таких условиях — широко распространяющееся обследование, которое может быстро фокусироваться на любом представляющем интерес объекте окружающей обстановки.
Различные животные используют отражение или противодействие производимым ими же сигналам. Например, летучая мышь излучает ультразвуковые импульсы и ориентируется по характеру их отражения. Некоторые виды рыб производят электрические импульсы и используют их для обнаружения препятствий и других рыб своего вида.
В дополнение к этим природным способам роботу доступны и другие способы выяснения характера окружающей обстановки по ее реакции на производимые им сигналы. Подходящий способ — детектирование световых сигналов от какого-либо источника света; причем в качестве освещающего прожектора может использоваться, если необходимо, излучение с не обнаруживаемой человеком длиной волны, например инфракрасное. Может быть использовано даже низкочастотное излучение, подобное излучению на радиочастотах. В настоящее время имеются портативные варианты микроволновых радиолокаторов, которые вполне подходят для роботов. Наиболее полно соответствует требованиям применения в роботах небольшое устройство, основанное на эффекте Допплера и используемое полицией для определения скоростей объектов.
Ультразвуковое излучение в воздухе и воде уже давно используется в гидролокационных установках обнаружения подводных лодок. Недавно эти устройства нашли применение в системах ориентации для слепых и в промышленности для замены фотоэлектрического оборудования. В последнем случае основная проблема заключена в стоимости, так как вместо обычной лампы, применявшейся в фотоэлектрическом оборудовании, требуется чуть ли не целый ультразвуковой передатчик. При этом используются частоты 40—50 кГц.
Кук описал своего рода ультразвуковой «глаз», состоящий из массива 10x10 элементов, работающих на частоте 455 кГц и жидкостной линзы диаметром 40 см.
С помощью электронных устройств может обнаруживаться и измеряться электрическое сопротивление. Когда этот способ был внедрен в производство, он использовался в основном для измерения уровня проводящих жидкостей, таких, как вода и кислоты.
Для обнаружения магнитных материалов и, конечно же, любых металлических проводящих поверхностей используются магнитные способы. Их применение простирается от простого обнаружения присутствия железа по движению магниточувстви-тельной стрелки до обнаружения с помощью миноискателей, применяемых в армии, таких металлических объектов, как мины. Приборы, подобные миноискателям, могут оказаться очень полезными в промышленности, где используется множество проводящих металлов, а также могут быть пригодными и для промышленных роботов. Для роботов, применяемых в военных целях для обнаружения мин, эти способы будут незаменимы, так как они ограждают человека от опасности при тралении мин. В других военных целях был изобретен и с 1945 г. используется радиочастотный индикатор сближения для неконтактных взрывателей, помещаемых в носовой части снарядов. В последующих видах управляемого противовоздушного оружия использовались более современные виды детектирования как своих сигналов, так и излучения типа инфракрасного от движущегося источника — цели.
В то время как применение магнитных или индуктивных индикаторов сближения ограничено в основном металлом, детекторы, использующие изменение емкости, могут применяться более широко. Следовательно, этот вид детекторов, в которых непрерывно измеряется емкость образца и регистрируются изменения емкости, имеет большую область приложений и более широко используется. Недостатком емкостных приборов этого типа в сравнении с индуктивными является сравнительно высокий импеданс. Поэтому емкостные устройства чувствительны к воздействию окружающих полей помех и выбор между ними и индуктивными приборами не всегда прост.
Другим типом собственного излучения, который иногда используется, является радиоактивное излучение. В целом надо отметить, что ни один из приведенных методов не дает такого качества в различении деталей, как оптический и телевизионный.
|
|
Читайте в рубрике «Робототехника»: |
Военная техника | Телекоммуникации | Электроника | Энергетика | Физика | Химия | Биология | Математика | Психология | Физиология | Экономика | Металлургия | Строительство | Сельское хозяйство | Медицина | Культура и искусство | Виды двигателей | Машины и механизмы | Воздушный транспорт | Водный транспорт | Автотранспорт | Ж/д транспорт | Физики | Химики | Математики | Биологи | Европейские изобретатели | Американские изобретатели | Российские изобретатели | Советские изобретатели | Методология науки | Развитие креативности | Как стать изобретателем | Изобретения будущего