Красная смородина

Часть первая. Введение



Сегодняшние посиделки возле куста красной смородины навели меня на размышления о Великом.

Для начала сделаю лирическое отступление для тех, кто ни разу в жизни не собирал красную смородину (если таковые существуют). Красная смородина растет гроздьями. Эти ягоды по отдельности не собирают, так как сочные плоды давятся и дальнейшей транспортировки не переживают, по дороге превращаясь в компот. Чтобы ягоды были целее, от ветки отрывают целую гроздь, на которой может быть 1-10 смородин.

Вы когда-нибудь задумывались о процессе сбора красной смородины? Подумайте, какие этапы вы совершаете при сборе этих ягод. Думаю, не ошибусь, если скажу, что вы назвали бы следующие шаги: увидел смородину, протянул руку, схватил гроздь, дернул, положил в ведро.

А где же то самое «Великое»? Если к процессу сбора ягод подходить по описанной технологии, то Великим может быть Бах или Моцарт в наушниках, размышления о том, как космические корабли бороздят просторы Большого театра, или что-нибудь похожее.

Но я почему-то задумался над тем, как можно было бы запрограммировать механическую руку для сбора красной смородины. Вот что у меня получилось.



Часть вторая. Датчики разные



Одна только механическая рука ничего сделать не сможет. В первую очередь, нужно знать, куда двигать эту руку. Для этого требуются, по крайней мере, глаза и мозги. Поэтому, говоря «рука», я буду подразумевать комплекс из руки, глаз, мозгов и прочего хлама.

Чтобы понять, куда двигать руку, надо определить точное положение грозди красной смородины. Для этого глаза должны каждое мгновение передавать мозгу картинку, а мозг должен распознавать различные объекты. Казалось бы, работа сильно облегчается тем, что смородина – красная, а все остальное – зеленое. Мозг, анализируя картинку, находит все красные точки, строит объекты по этим точкам и передает команду руке двигаться в этом направлении. Задачка почти школьного уровня.

Но не все так просто. Я не буду рассматривать случай, когда куст смородины растет рядом с кустом, например, малины. Ведь в этом случае нужно уметь отличать красную смородину от красной малины, распознавать форму объекта, различать их поверхности (гладкую у  смородины и матовую у малины) и т.д.

Повторюсь: красную смородину собирают гроздьями. Поэтому определить положение смородин – это только полдела. Важнее определить положение зеленой веточки, к которой крепятся ягоды. Мозг должен распознать весь рисунок, и не на уровне «красное, зеленое», а на уровне «механическая рука, смородина, веточка, листья, и т.д.» Подобные задачи решаются уже на уровне вузов и предприятий.

Но и эта задача не полностью удовлетворит нас. Ведь нужно определить не только положение всех тел в двухмерном пространстве, передаваемом простой фотографией. Необходимо определить и расстояние от глаза до этих объектов.

Наш мозг решает эту задачу таким образом: анализируются две картинки, полученные с двух глаз. Мозг по расположению глаз определяет угол между направлениями взглядов (расстояние между глазами известно заранее). В учебниках по астрономии приводятся формулы для вычисления удаленности объектов по параллаксам и расстоянию между двумя наблюдательными пунктами. Старшеклассник с калькулятором справится с этой задачей за несколько минут. Мозг – практически мгновенно. Я имею в виду каждое мгновение.

Говоря о датчиках, нельзя забывать и датчики на кончиках пальцев механической руки. Ведь эта рука должна по легкому прикосновению различить шероховатую поверхность листа от гладкой, прохладной поверхности ягоды. Нужно понять, что под пальцами: стебель листа или веточка грозди? Они различаются только толщиной (доли миллиметра) и покрытием (сравните, например, тонкую гладкую иголку и толстую шероховатую иголку).

Датчик легким нажатием (доли миллиметра) должен определить, что произойдет при дальнейшем увеличении усилия: ягода раздавится или оторвется.

Напомню, это все тот же инструмент, который в другое время может орудовать кувалдой. Также напомню, что в технике нет приборов широкого диапазона применения. Либо малые токи, либо большие; либо высокочастотные измерения, либо низкочастотные. А нам надо, чтобы рука могла и отличить смородину от листочка, и работать чем-нибудь потяжелее.



Часть третья. Захват



Как правило, глаза используются лишь для примерного и предварительного определения положения грозди. Очень часто место захвата грозди закрыто от взгляда датчиков листьями либо самой рукой в момент захвата. Вот зачем нужна чувствительная рука: окончательное положение пальцев определяется по данным, получаемым с различных датчиков на руке.

Захват производится указательным и большим пальцами. Положение руки может быть различным: иногда кончики пальцев смотрят на ягоды, иногда – на ветку, к которой крепится гроздь. В зависимости от этого будут разными и действия руки.

На каждом пальце выделяются три области.

Первая область – место захвата грозди. Одна из функций пальца – отличить веточку грозди от веточки листа.

Вторая область находится ближе к ягодам. Она подтверждает, что рука схватила гроздь с ягодами, а не чем-нибудь другим. При этом необходимо, чтобы место захвата было мягким, а нежные ягоды должны остаться целыми.

Третья область находится дальше от ягод. Она удостоверяется в отсутствии ягод выше места захвата и наличии твердой ветки, чтобы не оторвать только полгрозди.



Часть четвертая. Отрыв



Думаете, отрыв – дело простое? Дернул за гроздь, и она у вас в руках? Конечно же, все намного сложнее.

Если просто дернуть, за гроздью потянется вся ветка с десятками других гроздьев. В результате данная гроздь может не оторваться, а с других посыплются ягоды.

Поэтому и дергать надо уметь. Подумайте, как вы отрываете гроздь красной смородины.

А делается это в различных ситуациях по-разному. Иногда большой палец упирается в ветвь, иногда – какой-нибудь другой палец из тех, что сжаты в кулак. В иной раз необходимо потянуть перпендикулярно веточке грозди. Если вторая рука держит ветвь совсем рядом с отрываемой гроздью, то можно и просто дернуть.

Модель движения выбирается согласно накопленному опыту предыдущих отрываний (которые хранятся в памяти с пометками «успешно», «безуспешно», «некачественно» и др.). Для выбора конкретной модели необходимо проанализировать захват, расположение обеих рук. Затем просматриваются сотни и тысячи ячеек памяти и сравниваются с данной ситуацией, выбирается наиболее близкий вариант.

Замечу, что все это происходит за доли секунды.



Часть пятая. Упс, оторвал



Еще не все. Когда отрываем, тянем сильно. Когда уже оторвали, сила прикладывается намного меньшая. Поэтому нужно определить Тот Самый момент.

После момента отрыва рука ощущает намного большее ускорение при той же силе. Это и служит сигналом для остановки. И снова анализ должен занимать доли секунды, иначе есть опасность расшибить что-нибудь резко ускорившейся рукой. Или саму руку…



Часть шестая. Самым терпеливым посвящается



Так какой же смысл во всем этом бреде? И где же то самое «Великое»?

Велика красота. Я сидел и восхищался красотой того, как такой сложный процесс был настолько упрощен для нашего сознания.

Прочитать данный текст, в котором описана только часть процессов, у вас заняло несколько минут. А наш организм справляется за долю секунды. При этом мы не задумываемся о параллаксах и ускорениях, получаемых рукой. Вы даже не догадываетесь о сигналах, посылаемых в мышцы ног для удержания равновесия, когда только еще задумываетесь поднять руку. Вместо этих размышлений мы слушаем бетховиных и думаем о кораблях, бороздящих просторы Большого театра.

Но вы ничего не поймете, пока сами не попробуете…

На самом деле я думал о большем. Радовался тому, что обладаю таким бесценным богатством, подаренным мне Всевышним Разумом... Но я только дал толчок мыслям, и эти размышления оставлю на вашу совесть.


А Вы молодец!!! Я и не надеялся, что дочитаете до конца… :)



http://www.youtube.com/watch?v=wtLd9lVWcNU



302