Наука и техника

Сайт посвящен машинному обучению, ИИ, ГМО и многому другому технологичному

Как живые

Почему у роботов, похожих на животных, нет будущего

На заре роботостроения инженеры и конструкторы испытывали прилив технооптимизма. Многим казалось, что развитие робототехники приведет к появлению автономных существ, прототипами которых станут животные разных видов, способные обитать в той или иной среде — на земле, в воздухе или под водой. Предполагалось, что такие роботы станут повсеместными спутниками и помощниками человека. Прошло несколько десятилетий, и оказалось, что построить биомиметического робота не так уж и сложно. По-настоящему сложно — найти ему такое место в жизни людей, где он был бы востребован на массовом уровне, а не только для военных или иных узкоспециальных задач. О том, почему роботы, похожие на животных, — скорее всего тупиковая ветвь «техноэволюции», читайте в материале научного журналиста Борислава Козловского.

Гепард бегает по саванне со скоростью 90 километров в час. Перепрыгивает кусты и овраги. В броске сбивает с ног антилопу, которая весит вдвое или втрое больше. В энциклопедиях пишут, что он самое быстрое четвероногое на планете.

Много ли пользы от робота, который научится делать все то же самое? Идея, что инженеры должны копировать живые системы, полвека назад породила целую науку — бионику, она же биомиметика. В 1960-е стотысячным тиражом выходили научно-популярные книги про то, как наука вот-вот возьмет все самое лучшее у дельфинов и летучих мышей. И даже у фантастов братьев Стругацких герои собирались в межпланетное путешествие на бионическом летательном аппарате, который растет и дышит: «Корабль был совсем молодой, ему не исполнилось и двух лет. Черные матовые бока его были абсолютно сухи и чуть заметно колыхались».

Если следить за прогрессом техники по роликам на Youtube, может показаться, что наука в этом деле сильно продвинулась.

Американская компания Boston Dynamics — наверное, самый известный производитель роботов, умеющих ходить и бегать. «Механический гепард» (Cheetah Robot) среди их моделей был тоже: на видео он с неприятным металлическим стрекотом набирает на беговой дорожке скорость в 45 километров в час. Еще у компании был 109-килограммовый «Большой пес» (Big Dog) — более медленный, зато способный таскать на себе 150 килограммов груза. И двуногий гуманоид Atlas, больше всего похожий на образцовых человекообразных роботов из кино.

В 2013 году компанию Boston Dynamics приобрел Google: за нее, по разным оценкам, было заплачено от 60 до 500 миллионов долларов. А спустя три года от покупки решили избавиться — продать умеренно известному японскому телекому. И только в июне 2018-го стало известно, на чем Boston Dynamics сосредоточится теперь: компания будет производить робота-охранника SpotMini, способного открывать двери и подниматься по лестницам. Размерами и формой тела SpotMini похож на овчарку, у которой из спины растет дополнительная механическая рука.

За год таких роботов собираются произвести сто штук. Еще через год — довести объемы производства до тысячи.

Все это не очень похоже на планы по завоеванию мира. Тираж в сто экземпляров — это точно не «робот в каждый дом».

И гепарды не одни такие. Медузам тоже не везет. Вот уже десять лет (возможно, что и дольше) разные университеты и исследовательские центры заявляют, что им удалось сделать робота-медузу. 2008 год: немецкая компания Festo. Март 2012-го: Вирджинский технологический университет. Ноябрь 2013-го: университет Нью-Йорка — причем их робот не плавает, а летает, взмахивая всем своим туловищем медузы в воздухе.

Чего в этой цепочке анонсов не хватает — так это новости, что механическую медузу можно теперь купить в магазине.

 

Гепарды в пятиэтажке

Может быть, изобретатели уткнулись в какой-нибудь технологический тупик, который не дает им довести прототипы до рабочей версии? На видео Boston Dynamics с беговой дорожкой можно заметить торчащий из спины у «гепарда» шнур, по которому подается ток, — без шнура он ничего не может. Но вот «Большого пса», который умеет работать безо всякого шнура, на метаноле из топливного бака, много раз демонстрировали военным в полевых условиях, где он карабкается по снежным склонам и пробивается сквозь бурелом.

Похоже, что дело в другом. В 2014 году в академическом Journal of Human-Robot Interaction вышла статья «Жить с роботами: умозрительный дизайн-подход». Автор работы, исследователь и преподаватель промышленного дизайна из британского Королевского колледжа искусств Джеймс Оже, рассуждает так: допустим, движения механических животных доведут до совершенства. Что тогда с ними делать дальше? Одомашнивать — когда и если это возможно.

И тут многое решает экологическая ниша.

Робот-гепард в каждом доме не нужен по тем же причинам, по которым люди не держат дома — например, в хрущевке в Бескудниково — настоящих гепардов. А медуз — в ванне той же хрущевки. В Бескудниково гепарду тесно. В типовом доме серии 1-515/5 ему негде разогнаться до 90 километров в час. Если выпустить его на улицу, она будет мало похожа на саванну с ее естественными препятствиями, оврагами и кустарниками. Наконец, если робот на полном ходу и собьет в Бескудниково с ног кого-то втрое более тяжелого — это точно будет не антилопа.

Чтобы получить первое представление о том, легко ли будет роботам делить пространство с людьми, достаточно спуститься в московское метро. Здесь роботов мало — зато прямо на эскалаторе зачитывают предупреждение о том, что над городом запрещены полеты квадрокоптеров. Так же как над Манхэттеном. Или над Лондоном — если только вы не нашли случайно такое место, где в радиусе 50 метров от дрона не окажется ни одного человека. Квадрокоптер может упасть пешеходу на голову. И любой другой летающий робот, вероятно, тоже. Поэтому воздушное пространство городов закрыто для них заранее, какую бы выдающуюся механическую летучую мышь инженеры ни соорудили.

Наконец, робот, внутри которого не сидит человек, — это прежде всего беспилотник. То есть вещь, которая гуляет сама по себе. Спустя годы после того, как беспилотные автомобили появились на дорогах, где есть понятные правила движения и все привыкли их соблюдать, законы по-прежнему почти всюду запрещают выпускать их в свободное плавание без человека в водительском кресле, главная задача которого — смотреть, как машина управляется с дорогой без него. Ни у гепардов, ни у медуз водительского кресла внутри быть не может, хотя проблем они могут создать даже больше, чем автомобили.

Учиться у огурца

Если летучую мышь или птицу нет смысла копировать целиком, то, может быть, стоит хотя бы частями? Эволюция дала летучим мышам орган для эхолокации, а птицам внутренний магнитный компас, который ведет их во время сезонных миграций через континенты, — значит, давайте превращать отдельные органы и ткани живых организмов в приборы автомобилей и самолетов. В научном журнале Bioinspiration & Biomimetics, издающемся с 2006 года, больше всего именно таких статей — про отдельные «запчасти» животных как источник вдохновения.

Микроволоски на лапе ящерицы-геккона, позволяющие ей бегать по потолку, — источник идеи, как сделать хорошую многоразовую липкую ленту. Жилки на крыльях стрекозы — подсказка авиаконструкторам. Настоящие мышцы — прототип искусственных.

Чему, например, может научить садовый огурец, не самое подвижное живое существо на свете? У растения есть усики, которыми оно цепляется за подпорки. На ускоренной съемке видно, как стебель огурца делает оборот за оборотом вокруг собственной оси, раскачивая этими усиками, пока не нащупает опору и не уцепится за нее. Усики бывают свернуты в спираль, и под действием натяжения спираль разворачивается — но не так, как сделала бы это металлическая пружина. Команда из Инженерной школы Гарварда нашла слой специальных клеток, отвечающий за эти необычные механические свойства, и их исследование в 2012 году напечатал Science, один из главных научных журналов мира.

Но у копирования живых тканей и органов есть один базовый изъян, на который обратил внимание профессор дублинского Тринити-колледжа Дэвид Тейлор.

Казалось бы, первое, к чему надо присмотреться инженерам, строящим башни и мосты, — кости скелета, легкие и прочные композитные структуры, где, в отличие от металла, не накапливаются напряжения. Но лесные обезьяны ломают два процента костей в год. У природы нет задачи сделать отдельную обезьяну бессмертной или устроить так, чтобы она не хромала в старости, — вид будет существовать, пока смертность от переломов не слишком высокая. Однако если шансы рухнуть у небоскреба или у моста будут два процента в год (или даже два процента в сто лет), это никого не устроит. У эволюции и у инженеров, объясняет Тейлор, слишком разный подход к сдаче-приемке проектов.

Кровь вместо моря

За пределами публичных пространств, закрытых для дронов и гепардов, есть одна территория, где человеку никто не должен мешать выгуливать роботов: это внутреннее пространство его тела. И действительно, больше всего применений биомиметике видят в медицине. Безболезненные иглы для шприцев, воспроизводящие комариный хоботок. Гибкие эндоскопы с «искусственными мускулами»,похожие на щупальца осьминога, вместо твердых металлических инструментов.

Наконец, микророботы для минимально инвазивной хирургии, которые смогут, например, прочищать закупорившиеся сосуды. Механику передвижения по кровяным сосудам для таких роботов предложили скопировать у сперматозоидов. Хотя научная работа вышла еще в 2008 году, последний раз на нее сослались всего несколько месяцев назад. В этой новой статье со ссылкой говорится уже про плавающих по сосудам микророботов для точечной доставки лекарств. «В последнее время на исследования по микророботам приходится львиная доля работ по биомедицинским устройствам», — пишут авторы во вступлении. И действительно, Google Scholar находит сотню статей на эту тему только за прошлый год.

Поэтому обещание, что роботы скоро будут купаться в крови людей, звучит теперь не так уж и мрачно. Других мест для купания у них, похоже, и не будет.

Разное