`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Павел Молодчик

Вести из микромышиного царства

+66
голосов

На днях завершились 32-е международные микромышиные бега, ежегодно устраиваемые в японском наукограде Цукубе. Подобных чемпионатов в мире несколько, но цукубский считается наипрестижнейшим и наистарейшим. Не знаю, случайно или нет проводят его в окрестности дня рождения С. Лема - великого певца роботов. Микромыши суть роботы, состязающиеся в скорости прохождения лабиринтов (подобно их собратьям из плоти и крови, угодившим в руки зоопсихологов).

Прежде чем переходить к техническим деталям, следует отметить факт, имхо в значительной мере обуславливающий притягательность микромышей (собственно говоря, он-то меня и побудил сочинить данный пост). Дело в том, что несмотря на свою относительную примитивность и дешевизну, микромыши - родичи знаменитых "Больших собак" от Boston Dynamics в смысле явной принадлежности к потихоньку разрастающемуся семейству автоматов, чьи представители разрушают стереотипы, связанные с лишенными живой грации продольно-поперечными движениями.

Хотя микромышестроители нимало не заботятся об эстетике, бег призовой микромыши - зрелище, пленяющее красотой того рода, что присуща движениям взлетающей на крону дерева белке, настигающего жертву гепарда, берущего рекордную высоту прыгуна и т.п. Гармония движений порождается их всепоглощающей подчиненностью цели. Еще Платон в диалоге "Гиппий Больший" попытался в основу одного из определений красоты положить понятие целесообразности. Конечно, множество контрпримеров свидетельствуют о том, что целесообразность не является ни необходимым, ни достаточным критерием красоты, так что определение это несовершенно; однако нельзя не признать, что мы смотрим трансляции с олимпийских игр не только ради того, чтобы поболеть за соотечественников, но и ради духоподъемного сопереживания, приобщающего нас к испепеляющей концентрации направленных на победу телесных и душевных сил. Актер, вооруженный системой Станиславского, доводит зрителей до катарсиса фальшивыми переживаниями. Переживания спортсмена просты, зато неподдельны, а вместо психоманипулятивных технологий он завораживает болельщиков красотой. Отождествившись со спортсменом, болельщики покидают пределы собственного тела, и, грезя наяву, воображают себя на его месте, - говорят, за это ответственны недавно открытые особые нейроны, активность которых связана с эмпатией (суть открытия вкратце состоит в том, что сходные нейроны объекта и субъекта работают в унисон).

"Микромышь-спортсменка", лишенная каких бы то ни было нейронов и представляющая собой два моторчика, несколько шестеренок и горстку микросхем, внушает зрителям представление о присущем ей стремлении к победе и делается объектом сопереживания наравне с одушевленными существами. Простейшие (а потому доступнейшие для изучения) обитатели робототехнической "лощины ужаса", микромыши кажутся достойными внимания психологов и психоаналитиков (если вспомнить древний архетипический символизм приписываемый Юнгом лабиринту).

Полюбуйтесь сами:

 Теперь о технических деталях. Лабиринт имеет размер 16х16 и состоит клеток такого вида:

Вести из микромышиного царства

В нижней части иллюстрации, заимствованной из спортивного регламента JMO (Japan Micromouse Organization), пунктирная линия означает горизонтальную плоскость размещения оптических сенсоров. Естественно, ни о каких приподнятых камерах, позволяющих подсматривать за формой лабиринта сверху, не может быть и речи. Кроме того, запрещено: ломать стенки лабиринта, марать его пол клейкими выделениями, общаться с внешними вычислительными устройствами, а т.ж. и использовать какие бы то ни было двигатели сгорания (не знаю, как интерпретировать смысл этого ограничения, - вероятно, организаторы не желают тратиться на вытяжные воздуховоды).

Хотя габаритные параметры микромышей ограничениями не сковываются, естественный отбор быстро сделал их достаточно узкими для быстрого преодоления зигзагообразных участков трассы по прямой. В погоне за улучшением приемистости и маневренности микромыши делаются все легче (в наст. время их средний вес составляет ~100 г.) и приземистее (в этом смысле они подобны драгстерам). Даже самые крошечные переключатели оказываются нежелательными утяжелителями конструкции, так что разработчики отказываются от них в пользу бортовых микроакселерометров и ПО, позволяющего взаимодействовать с микромышью на языке жестов в Wii-стиле.

Вести из микромышиного царства

Здесь красным, синим и зеленым цветами показаны маршруты движения микромышей, участвовавших в одном из последних чемпионатов (выбор оптимального маршрута для конкретной микромыши - нетривиальная задача, определяемая доступным для нее темпом прохождения прямых и разнообразно изогнутых участков трассы). Спектр распространенных в мыкромышином мире вычислительных архитектур радует широтой и простирается от маломощных PIC-ов до систем с парой 32-разрядных ARM-ов. Органами чувств типичной микромыши служат несколько свето-/фотодиодных пар: регистрируемая ИК-фотодиодами яркость отсвета позволяет судить о текущем расстоянии до стены лабиринта (при этом приходится отфильтровывать помехи, связанные с неравномерностью верхнего освещения, а т.ж. активностью фотокорреспондентов, - пользоваться вспышками им не разрешается, однако автофокусные системы некоторых камер проецируют на стены лабиринта "матроски").

Для определения собственного местоположения первые микромыши перемножали угловое движение колес на длину их окружности. Однако с тех пор, как микромыши повадились бегать в агрессивном стиле (возводящем в норму проскальзывания при разгонах, торможениях и управляемых заносах) этот способ устарел, так что современные модели ориентируются гл. обр. по сигналам, снимаемым с бортовых акселерометров. Забег проводится в два приема: на подготовительном этапе микромышь обследует лабиринт, определяя кратчайший путь от старта к финишу. Популярные подходы к решению этой задачи принято основывать на алгоритмах поиска A*  или заливки.

Вниманию желающих повозиться с подобными алгоритмами рекомендуется симулятор микромыши со встроенным интерпретатором и IDE для разработки скриптов на Python.

Вести из микромышиного царства

Нескорые микромыши вместо ИК-фотодиодов используют камеры. Хотя это усложнение конструкции позволяет распознавать "слепые отростки" и др. бесперспективные части лабиринта, не тратя времени на езду по ним, победных лавров они покамест не снискали.

Впрочем, по правилам JMO этот этап не играет особой роли при определении победителя (т.е., его можно сравнить с предваряющим автогонки ознакомительным заездом). Основные страсти разгораются на втором этапе, предоставляющем участнику пять минут для пяти попыток прохождения лабиринта, итогом которых считается наилучший из показанных результатов.

Вести из микромышиного царства

Микромышь Tecra стала фаворитом этого года. На предудущих стстязаниях она позволила разгромить своему создателю Като-сану разгромить команду Синапура, несколько лет кряду занимавшую первые места (ее тогдашнее победоносное выступление показано на вышеприведенном ролике). Увы, упования японцев не оправдались: Tecra пришла второй. Есть мнение, что жокей переволновался и забыл в ключевой момент почистить поверхность колес для улучшения их сцепления, - эта процедура не менее важна, чем предварительное прогревание колес на "Формуле-1", и выполнять ее принято с помощью куска скотча, играющего роль пылеулавливателя (нанесение на колесики адгезивных материалов запрещено регламентом). Как бы то ни было, микромышь Min7.1 (создатель - Ng Beng Kiat) вернула команде Сингапура пальму первенства.

Вот он, победитель:

Вести из микромышиного царства

Как видите, призовые микромыши похожи, как "Шаттл" и "Буран". В частности, они характеризуются четырьмя ведущими колесами, использовать которые вместо традиционных двух впервые предложил Като (в этом, собственно говоря, и заключается инновационность Tecra). Это решение Като принял, по его словам, спонтанно, без предварительного моделирования, и интуиция его не подвела: четырехколесные микромыши прибавили в резвости, хотя причин этого эксперты до конца не понимают. С одной стороны, на поворотах, проходимых с неуклюжестью гусеничного трактора, увеличилось проскальзывание; это - минус. С другой стороны, вдвое возросла площадь контакта с опорной поверхностью; это - плюс. С третьей стороны, этого же эффекта можно было достичь, несколько увеличив диаметр колес. Что, натурально, обернулось бы повышением центра тяжести. На первый взгляд это повышение кажется незначительным (много ли весят пластиковые колеса?); однако необходимо учитывать, что по остроте взаимной конкуренции микромышестроители приближаются к производителям спортивных велосипедов, борющихся за каждый грамм.

Как бы то ни было, 80% участников минувшего состязания вслед за Като-саном удвоили количество ведущих колес (а многие из оставшихся 20% планируют вскоре последовать их примеру).

Финишировав за 3.921 сек., Нг преодолел 4-секундный барьер, о чем несколько лет назад micromice-тиффози не смели и мечтать (комментаторы сравнивают это достижение с подвигом спринтера Роджера Бэннистера, в 1954 г. одолевшего милю менее чем за 4 минуты).

Существует мнение, что столь быстрое прохождение трассы лишает состязание зрелищности, и что классические размеры микромышей устарели, ибо в них не учитывается микроминиатюризация электроники за последние три десятилетия. Поэтому последнее время активизируются попытки популяризации микромышей половинного размера, бегающих по лабиринту размером 32х32. Вот как выглядит одна из экзотических моделей, недавно состязавшихся в данной категории.

Вести из микромышиного царства

А вот отстоявшая национальную честь хозяев чемпионата половинная микромышь Kojimouse 7, сработанная Коджима-саном. Ее отличает не только рекордная юркость, он и поразительно малый вес (менее 10 гр.)

Вести из микромышиного царства

Как думаете, приведет ли дальнейшая эволюция микромышей к появлению конструкций, оснащенных буферами для отталкивания от стен? Бэт-мобиль из последних серий, если видели, арканил различные неподвижные объекты тросом и, т.о., играючи уходил от преследователей, один за другим безжалостно сметавшихся с дороги центробежной силой. Цепляться за стены микромышам запрещено правилами, а вот отталкиваться - можно. Думается, "разворот рикошетом" (в таком примерно стиле) позволил бы на некоторых участках трассы сэкономить пару десятков микросекунд.

+66
голосов

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT