Роальд Тайманов – самый старший докладчик конференции «Цифровая индустрия», один из «патриархов» современной российской метрологии, легенда ВНИИМ. Мы беседуем о настоящем и будущем измерительного приборостроения – от космоса до медицины, о роботизации, о возможностях искусственного интеллекта и интернета вещей в современной метрологической практике.
– Какую роль играет искусственный интеллект (ИИ) в работе современных измерительных приборов?
– Прежде всего необходимо разделить определение «искусственный интеллект» на два вида: «слабый» и «сильный».
«Слабый» искусственный интеллект решает задачи по заведомо известному алгоритму. Использование измерительного прибора на основе ИИ в системе управления может предусматривать одновременное поступление на него нескольких входных сигналов. В этом случае наличие связей между входными каналами позволяет выявлять корреляцию различных сигналов и учитывать ее при обработке данных и формулировке результатов.
Измерительные приборы с использованием «слабого» ИИ применяются достаточно широко. Примеры:
- распознавание личностей по фотографиям;
- автоматическое управление движением транспорта, учитывающее возможные проблемы, связанные с ДТП или неожиданным перекрытием движения;
- автоматическая диагностика оборудования;
- медицинская диагностика и т. д.
Структура измерительного прибора на основе «слабого» ИИ может быть оптимизирована для решения конкретных задач путем процедур обучения, обеспечивающих повышение эффективности применения. Такое обучение может быть совмещено с поверкой и калибровкой измерительных каналов.
Измерительный прибор на основе «сильного» ИИ отличается тем, что алгоритм его работы заведомо пользователю неизвестен. Это дает возможность робототехническим комплексам, управляемым по сигналам таких приборов, получающих информацию извне, в том числе от измерительных каналов, принимать самостоятельные решения, неожиданные для пользователя, как особенно эффективные, так и опасные. Характерный пример – возможное формирование «социума» роботов, предполагающее встраивание в них средств общения. Такие роботы сегодня есть, они позволяют обслуживать посетителей ресторанов и т. п. Робот может попросить «коллегу» помочь, но у них может возникнуть и потребность совместно устранить мешающую им (роботам) проблему, которая связана с жизненно важной потребностью того или иного человека. В определенной степени эта опасность снижается тем, что в программное обеспечение «сильного» ИИ, используемого в системе управления роботом, сегодня принято включать программные комплексы, определяющие этику поведения. А теперь напомню, что наибольшая потребность в общении с коллегами может возникнуть в ситуации критической, например, когда «коллеги» – вооруженные робототехнические комплексы, обладающие высокой подвижностью, вынуждены контактировать с противодействующими аналогами…
Литература по этому кругу вопросов очень богата различными предсказаниями.
Применительно к измерительным приборам на основе «сильного» ИИ вероятны неожиданно выявленные корреляции между измеряемыми величинами, а иногда – между измеряемыми величинами и поступившей информацией. Особой опасности здесь не вижу, хотя трудности с трактовкой полученных данных могут заметно возрасти.
– Расскажите о самодиагностике измерительных приборов. Как оценить время работы такого прибора без контроля его человеком?
– Самодиагностика измерительных приборов может быть реализована в двух формах – обнаружение нарушения исправности системы, в том числе цепей связи между элементами или самих элементов, и выявление количественных изменений в коэффициентах передачи сигналов по каналам системы. В первом случае оператору поступает информация об отсутствии сигнала либо используется избыточность, т. е. в приборе реализуются дополнительные связи, и по результатам сравнения сигналов некой основной и одной из дополнительных цепей выявляется ее обрыв или замыкание. Во втором случае также используется избыточность, но здесь более жесткие требования к надежности сохранения (к стабильности) значения сигнала, используемого в качестве меры, в том числе полученного от стандартного образца. Методы реализации самодиагностики в форме метрологического самоконтроля изложены в нескольких отечественных стандартах и в ряде публикаций.
Однако здесь необходимо заметить, что перед организацией метрологического самоконтроля (метрологической самодиагностики) необходимо выявить наиболее вероятные изменения параметров, характеризующих определенную часть прибора, например, ее коэффициент преобразования. При этом анализировать надо только эти параметры и соответствие их ожидаемой зависимости от времени, а время работы прибора без контроля его человеком определять с запасом, опираясь на закономерность изменения диагностируемых параметров и на вероятность изменения параметров, которые при самодиагностике не анализируются. Если объект особо ответственен, перед организацией самодиагностики могут быть применены виртуальные испытания, которые позволят оценить это время.
– Как помогают работе измерительных приборов технологии «Интернета вещей» (IoT)? Речь ведь идёт не только об оперативном управлении онлайн, но, наверное, и о сборе больших данных? В каких отраслях применяются измерительные приборы с ИИ и IoT – например, транспорт, медицина?
– В ответе на вопрос о применении искусственного интеллекта уже было отмечено автоматическое управление движением транспорта, учитывающее возможные проблемы, связанные с ДТП или неожиданным перекрытием движения. Естественно, что сигналы о ситуации на дороге могут попадать в центр управления движением и на светофоры как по IoT, так и по Интернету.
Для диагностики состояния нефтепроводов и газопроводов в каждый узел их соединения встроены расходомеры. Их показания, представляющие в совокупности большие данные, обычно поступают как непосредственно в центр управления, так и на ближайший ремонтный участок. Анализ разницы в показаниях расходомеров позволяет надежно (с подтверждением результата даже при нарушении одной системы связи) выявить утечку и своевременно направить бригаду для ремонта.
К приведенным отраслям применения можно добавить сельское хозяйство.
– Приведите, пожалуйста, примеры успешно реализованных проектов, в том числе приборов, работающих в экстремальных условиях, в космосе.
– Когда наша лаборатория разрабатывала методы и средства обеспечения стыковки космических кораблей «Союз», а позднее, стыковки корабля «Союз» и американского – «Аполлон», измерительных приборов с ИИ еще не было. Использовался анализ времени задержки ряда локационных сигналов. Но полученная точность была достаточна для того, чтобы разъемы на торцах двух стыкуемых кораблей были подсоединены друг к другу без поломки.
– Расскажите об эксперименте, который по анализу плача младенцев позволял выявить потенциальные отклонения в развитии мозга.
– В 2015 – 2018 годах мы работали по гранту, ориентированному на возможность измерения и идентификации эмоций, рождаемых музыкой. Когда соответствующая измерительная модель уже была разработана, обоснована и проверена, а время еще оставалось, возникла идея, что в звучании плача младенцев можно выявить эмоциональную окраску. Поскольку развитие эмоций соответствует определенной стадии развития мозга, то по динамике обогащения спектра плача и ее отклонению от среднестатистической, можно судить о наличии или отсутствии признаков аутизма, или, напротив, признаков высокой одаренности. И в том, и в другом случае раннее выявление отклонения открывало полезные перспективы. Наша инициатива была поддержана специалистами Педиатрического университета. К сожалению, в связи с резким изменением направления развития экономики, в финансировании заявки на грант нам было отказано. Тем не менее творческие контакты с научным руководством университета, как и желание продолжить работу, которая представляется перспективной, сохранились, что нашло подтверждение в нескольких недавних эпизодах.
– Метрология и квалиметрия – почему говорят об их объединении?
– В предшествующее десятилетие в метрологии сформировался интерес к измерению многопараметрических (многомерных) величин. Этот интерес нашел отражение в Международном словаре по метрологии, нормативных документах по метрологии, многочисленных отечественных и зарубежных публикациях, связанных с измерением свойств человека и общества, взаимодействием между людьми. К числу многопараметрических величин относится также качество товаров и услуг. Развитие искусственного интеллекта и перспективы его использования в процессе измерений открыли дополнительные возможности в этом направлении. Определенные шаги в сторону объединения сделаны в законодательной метрологии: принято положение о возможном использовании методики измерений в качестве основы для сравнения. В этой связи можно сказать, что в настоящее время идет процесс освоения метрологией задач квалиметрии.
– Результаты ваших трудов – в Заполярье, в космосе, в атомной промышленности. Каждый раз приходится не только предлагать метрологическое решение, но и вникать в особенности отрасли. Как сохранить живой интерес ко всем деталям, если требуется «объять необъятное»?
– Чтобы творческие поиски не прекращались и не заменились рутиной, следует периодически менять сферу деятельности. Это полезно, поскольку позволяет в новых условиях применять и модифицировать приемы, найденные ранее в других областях.