שייקי (Shakey)

רובוט שחושב לפני שהוא זז

שייקי (Shakey) היה רובוט נייד שפותח במרכז הבינה המלאכותית של מכון המחקר Stanford Research Institute, היום SRI International, במנלו פארק שבקליפורניה. לפי מוזיאון ההיסטוריה של המחשב, הוא פותח בין 1966 ל-1972 והיה הרובוט הנייד הראשון שהסיק בעצמו איך לפעול. כדי להבין מה היה חדש בזה: הזרוע התעשייתית Unimate, שהוצגה מסחרית ב-1961, חזרה על נקודות ופעולות שהוגדרו לה מראש בשלט, ולא יכלה לתפוס את סביבתה או לתכנן דבר. שייקי, לעומתה, קיבל משימה כללית וחילק אותה בעצמו לצעדים. ציון הדרך שהעניק לו ארגון המהנדסים IEEE מסכם זאת כך: הוא יכול היה לתפוס את סביבתו, להסיק עובדות סמויות מעובדות גלויות, ליצור תוכניות, להתאושש מטעויות בביצוען ולתקשר באנגלית רגילה. את השם המציאו החוקרים עצמם. צ'רלס רוזן, ראש הקבוצה, סיפר שחיפשו חודש שלם שם מתאים, משמות יווניים ועד מה לא, עד שאחד מהם אמר שהרובוט רועד כמו משוגע ונוסע ממקום למקום, אז שיקראו לו פשוט שייקי — מהמילה האנגלית shake, לרעוד.

איך זה התחיל: "אוטומט" לסיור, ומעבדה לכל ה-AI

לפי מוזיאון ההיסטוריה של המחשב, רוזן, חוקר רשתות נוירונים ופיזיקה, הציע לפתח "אוטומט נייד" כבר ב-1963. ההצעה שהוגשה בינואר 1965, כך כתב פיטר הארט מצוות הפרויקט, דיברה על "אוטומטים אינטליגנטיים" ליישומי סיור. את הפרויקט מימנה ARPA, סוכנות המחקר של משרד ההגנה האמריקאי (היום DARPA). אבל המניע המחקרי, לדברי הארט, היה אחר: לבנות מצע ניסוי אחד שבו ישולבו לראשונה כל תחומי הבינה המלאכותית של אז — ייצוג ידע והסקה, תכנון, למידת מכונה, ראייה ממוחשבת והבנת שפה. לפי תיק ציון הדרך של IEEE, רוזן נדרש לשנתיים של מאמצי שכנוע עד שקיבל מימון ראשון, והפרויקט התחיל בפועל רק במרץ 1966. הצעותיו לא זכו לתמיכת החוקרים הבולטים בתחום — אולי, לפי אותו תיק, משום שהמכון לא נחשב שווה ערך לאוניברסיטאות המחקר המובילות, ורוזן עצמו בא מפיזיקה יישומית. אחרי רוזן הובילו את הפרויקט נילס נילסון, ברטרם רפאל ופיטר הארט.

הגוף: ארון אלקטרוניקה על גלגלים

לפי הארט, הצוות קבע שני כללי יסוד לגוף: בלי זרוע, כדי לשמור על פשטות מכנית, ובלי מאמץ להקטין רכיבים. כך יצא שייקי ארון אלקטרוניקה על גלגלים, ומעליו מכלול חיישנים. בשרטוטי התכנון המוקדמים הופיעו זרועות נשלפות, אבל לפי מוזיאון ההיסטוריה של המחשב הן לא נבנו מעולם. בראש הרובוט ישבו מצלמת טלוויזיה ומד-טווח בלייזר שהצוות בנה בעצמו; סביב הבסיס היו גלאי התנגשות, חיישני מגע שזיהו שהרובוט נתקל במשהו; ואנטנה חיברה אותו בקשר רדיו למחשב. המצלמה, לפי תיק IEEE, הייתה ברזולוציה של 120 שורות בלבד. החישוב כולו נעשה מחוץ לרובוט, במחשב מרכזי משותף: תחילה SDS 940, ומ-1970 מחשב DEC PDP-10 חזק יותר — מערכת שהייתה, לפי הארט, אחד מקומץ הצמתים שבהם נולדה רשת ARPANET. גם העולם של שייקי נבנה לפי מגבלותיו: כחצי תריסר חדרים ובהם קוביות גיאומטריות גדולות, צבועות כך שהמצלמה תראה את קצותיהן, ופסים כהים בתחתית הקירות שעזרו לרובוט לתקן את הטעות המצטברת בהערכת מיקומו. אדוארד פייגנבאום העריך בדיעבד שבכל שנות הניסוי שייקי כנראה לא נסע בסך הכול אפילו קילומטר אחד.

המוח: ארבע קומות של תוכנה

סביב המעבר ל-PDP-10 כתב הצוות מחדש חלק גדול מהתוכנה, ולפי הארט הגרסה השנייה נשענה על שני רעיונות גדולים. הראשון: לתאר את העולם של שייקי במשפטים של לוגיקה פורמלית (תחשיב פרדיקטים), לצד מפת רשת של החדרים. השני: לבנות את תוכנת השליטה בשכבות — ולפי הארט, זו הייתה הפעם הראשונה שמבנה כזה שימש לשליטה ברובוט. בתחתית ישבו פעולות בסיס כמו ROLL (נסיעה) ו-PAN (סיבוב המצלמה), שדיברו ישירות עם החומרה. מעליהן פעולות ביניים כמו GOTHRUDOOR (מעבר דרך דלת), שכל אחת מהן הייתה טבלת תנאים: התוכנה סורקת את הרשימה, מבצעת את הפעולה של התנאי הראשון שמתקיים וחוזרת להתחלה — כך שבכל סבב נבחרת שוב פעולה לפי המצב הנוכחי, כדי להתקדם למטרה. מעל אלה ישב STRIPS, המתכנן שפיתחו ריצ'רד פייקס ונילס נילסון, שהרכיב מפעולות בודדות רצף שמוביל למטרה. בראש ישב PLANEX, שעקב אחרי ביצוע התוכנית בעולם האמיתי, זיהה כשמשהו השתבש ותכנן מחדש מאותה נקודה, תוך שימוש בחלקים מהתוכנית הקיימת. כאן, כתב הארט, עובר הפער בין רובוט פיזי, שבו דברים משתבשים לעיתים קרובות, לבין מתכנן מופשט שרק מדפיס תוכנית. משימה טיפוסית נראתה כך: מפעיל מקליד במסוף "דחוף את הקובייה מהבמה", ושייקי מאתר במה ועליה קובייה, מוצא רמפה, דוחף אותה אל הבמה, עולה עליה ודוחף את הקובייה למטה.

מה יצא מהמעבדה: A*, התמרת האף וכללי STRIPS

חלק מהשיטות שפותחו בשביל שייקי חיו הרבה אחריו. אלגוריתם A*, שפרסמו הארט, נילסון ורפאל ב-1968 כדי שהרובוט ימצא דרך בין מכשולים, מוצא, בתנאים מתאימים על האופן שבו הוא מעריך את המרחק שנותר, מסלול בעלות הנמוכה ביותר, וההערכה הזאת עוזרת לו לצמצם את החיפוש. לדברי הארט, כתבי העת היוקרתיים של התקופה דחו את המאמר, והוא התקבל לבסוף בכתב העת IEEE Transactions on Systems Science and Cybernetics. נילסון כתב בסקירה שפורסמה ב-2017 שרוב אלגוריתמי חישוב המסלול במפות נשענים על גרסאות של A*, ושהרובר Curiosity משתמש במאדים ב-Field D*, אחד מצאצאיו. בראייה ממוחשבת פיתחו ריצ'רד דודה והארט את מה שהארט מכנה הצורה המודרנית של התמרת האף (Hough transform), שיטה לזיהוי קווים בתמונה; לפי תיק IEEE, ב-2014 היא החלה להופיע במכוניות, במערכת שמתריעה לנהג כשהרכב סוטה מהנתיב. STRIPS תיאר כל פעולה בשלוש רשימות: תנאים מוקדמים, מה נמחק מתמונת העולם אחרי הפעולה ומה נוסף אליה. לפי IEEE זה היה פתרון מעשי לבעיית המסגרת — השאלה איך מערכת יודעת מה לא השתנה אחרי פעולה — ונילסון כתב באותה סקירה מ-2017 שהכללים האלה או צאצאיהם משמשים את רוב מערכות התכנון של זמנו. גם מבנה השכבות עבר הלאה: סבסטיאן תרון, שהוביל את הרכב האוטונומי Stanley שניצח באתגר הגדול של DARPA ב-2005, כתב בהתכתבות אישית, שצוטטה בתיק ציון הדרך של IEEE, שבליבת התוכנה של Stanley היו שכבות בדיוק כמו בשייקי.

סוף הפרויקט, ומה נשאר ממנו

הפרויקט נסגר ב-1972 — לפי הארט, לא בגלל מחסור ברעיונות, אלא משום שאקלים המימון השתנה. פייגנבאום תיאר מטוטלת שבה מימון ה-AI של DARPA נדד מרובוטיקה אל מערכות מבוססות-ידע ואל פרויקט לאומי להבנת דיבור. הארט עצמו כתב שהיכולות הכוללות של שייקי, המכניות והתוכנתיות, לא הגיעו לרמת השאיפות המקוריות. בזמנו זכה הרובוט לתשומת לב רבה: ב-1970 כינה אותו המגזין Life "האדם האלקטרוני הראשון", בכתבה שכותרת המשנה שלה דיברה על המציאות המרתקת והמפחידה של מכונה עם דעה משלה. ביל גייטס, אז תלמיד תיכון, ביקר במעבדה ב-1971, ושנים אחר כך נזכר שהרובוט היה די מגניב — ראייה, מידול, תכנון. ב-2004 נכנס שייקי להיכל התהילה של הרובוטים באוניברסיטת קרנגי מלון, לצד ASIMO, ובפברואר 2017 הוקדש לו ציון דרך של IEEE. כשמוזיאון ההיסטוריה של המחשב במאונטן ויו פתח בינואר 2011 את תערוכת הקבע Revolution, שייקי נבחר להיות המוצג המייצג של תחום הבינה המלאכותית והרובוטיקה. ההיסטוריון ג'ון מרקוף כינה אותו "סבא-רבא של המכוניות האוטונומיות ושל הרחפנים הצבאיים".