| |
|
Внимание,
биороботы идут!
|
Прототипами для роботов нового поколения служат уже не люди, а насекомые. Они малы и крепки, они уверенно передвигаются даже вверх ногами по потолку. Если одни электронщики пытаются копировать инсектов, другие превращают в роботов самих насекомых.
Нажал кнопку, и "насекомое" ожило
Клубок из прутиков и проволочек оживает, начинает шевелиться. А это ведь механическое устройство, и ничего более. Но вот поди ж ты! Стоило нажать на кнопку, и моторчики начинают гудеть, переключатели -- щелкать, суставы вытягиваются, шесть крепких лапок упираются в землю. В итоге прямоугольное тельце, напичканное электроникой и мигающими светодиодами, сантиметр за сантиметром поднимается вверх. Оно проснулось! Груда металлических деталек превратилась в существо почти метрового роста, повадками удивительно похожее на насекомое. Издали его можно принять за огромного муравья.
Впрочем, прототипом такого чуда техники (весьма дорогого, кстати, -- стоит оно 50 000 марок) послужило все-таки не это насекомое, а так называемый палочник -- Carausius morosus. Он куда крупнее муравья, а потому изучать и имитировать его проще. Нейробиологи из Билефельдского университета (Германия) тщательно проанализировали органы, мышцы и нервную систему палочника, а ученые из Мюнхенского технического университета по этим данным создали искусственное насекомое.
Правда, тут они не оригинальны. В современной технике все отчетливее выделяется тенденция, когда прототипами для роботов нового поколения служат не люди, а насекомые.
Какая ноша роботу по плечу?
Причина тому довольно проста: человеческие способности оказались слишком сложными для автоматов. Речь не о нашем высокоорганизованном мозге. Машины уже научились играть в шахматы лучше Каспарова, а на автомобильных заводах сварочные автоматы все чаще заменяют рабочих-сварщиков. Куда труднее оказалось смоделировать для робота элементарные бытовые навыки, доступные даже ребенку. Мы, оказывается, ой как много умеем, порой и не подозревая о своих выдающихся способностях! Сохранять равновесие при ходьбе, бежать по неровной дорожке, находить на столе нужный нам предмет, намазывать масло на хлеб -- все это легко для нас, но не для автоматов. Если бы тот же Каспаров соревновался с компьютером "Deep Blue" в приготовлении бутербродов, то наверняка победил бы всухую.
Многие из специалистов, считая наши "бутербродные способности" слишком мудреными, для начала принялись упражняться на насекомых. У них всего от десятка тысяч до миллиона нервных клеток, а у нас с вами в одной лишь сетчатке глаза больше. Тем инсектам, что имеют шесть лапок, передвигаться проще, чем нам, -- они не опрокинутся, налетев на препятствие. И органы управления просты, прочны, надежны.
Многие насекомые -- записные силачи. Так, муравей способен тащить на себе груз в 20 раз тяжелее его самого. (Придай такую способность человеку, он смог бы легко переносить на плечах груз в 1500 кг!) Даже нашему соседу по кухне -- неистребимому таракану -- вполне по силам ноша, в 2 -- 3 раза превышающая его собственный вес.
Обычный промышленный робот бледно выглядит рядом с этими рекордсменами: он способен поднять груз, равный всего 20 % от его массы.
Чтобы приблизить механических работников к прототипам из мира насекомых, ученые из Мюнхенского технического университета стараются облегчить их конструкции. Для этого используют более легкие двигатели, алюминиевый каркас, специальный компактный редуктор. "Туловище" одного из роботов -- громоздкий ящик, подпираемый шестеркой ног, -- весит всего 23 кг. Однако и это много, поскольку всякий раз, когда механический инсект делает шаг, на какое-то мгновение весь его вес приходится лишь на 2 -- 3 опоры. Так что пока он способен носить "за спиной" всего 4 -- 5 кг груза.
Кстати, координация движения ног у насекомых оказалась куда сложнее, чем предполагали ученые. Взять хотя бы нашего знакомца -- палочника. Лишь восемьсот нервных клеток управляют каждой его лапкой, однако устроены они, как ни странно, намного сложнее, чем человеческие. Их разветвленные отростки одновременно решают самые разные локальные задачи. Каждая нервная клетка -- своего рода крохотное живое существо. Чтобы имитировать ее, нужен отдельный компьютер! Так что слепо копировать органы управления палочника нет смысла.
Однако нейробиологам из Билефельдского университета удалось установить, что у палочника -- децентрализованная система управления ногами. Каждая из них "думает" о своем. Вот и у сконструированного по их рекомендациям робота каждой ногой управляет отдельный компьютер, который постоянно связан с соседними. Поэтому искусственное насекомое поднимает ногу лишь тогда, когда остальными твердо стоит на земле. Так автоматически формируется походка робота.
Воспитание чувств
Далеко опережают пока насекомые свои автоматические копии и в такой области, как сенсорика. "Способностей инсектов тут никогда не достичь", -- мрачно прогнозирует ученый Йозеф Штойер, непосредственно причастный к созданию мюнхенских "букашек".
И впрямь, у того же палочника каждая нога нашпигована сотнями сенсоров, поэтому он прекрасно осведомлен о том, что происходит вокруг. Робот же -- сущий "слепец" в сравнении с инсектом. Всего 8 датчиков сообщают ему о положении и скорости передвижения каждой ноги. Этого слишком мало, чтобы понимать, где он находится, что вокруг него и чем все это грозит.
И ничем, увы, роботу, пожалуй, пока не помочь. По техническим причинам в его лапки можно встроить не так много сенсоров. А чтобы подключить каждый к процессору, приходится прокладывать по два кабеля. Вдобавок требуются цифровые преобразователи -- чтобы компьютер мог интерпретировать параметры, зафиксированные сенсорами. Наконец, пока непонятно, каким образом поток информации, собранной сенсорами, можно превратить в осмысленный результат.
Так что же, человеку не стоит и мечтать, что когда-нибудь из металла и пластика он создаст существо, похожее на себя? Ведь даже искусственные насекомые выходят жалкими и убогими подобиями их прототипов...
Уточним -- пока. Поскольку исследования, разработки продолжаются, причем все успешнее. К примеру, ученым из Токийского университета во главе с профессором Шимояма удалось сконструировать искусственные создания, которые, по словам их творцов, вполне можно назвать живыми существами. Частью роботов стали настоящие насекомые. "Микророботов нужно изготавливать не из кремния, а из живой ткани", -- считает сотрудник университета Йошихико Кувана. В лаборатории, где он работает, создают особые гибриды: наполовину это электронные существа, наполовину -- живые.
Например, исследователи взяли миниатюрного, подвижного робота и оснастили его парой усиков, позаимствованных у тутового шелкопряда. Стоит этому насекомому почуять запах, источаемый самкой, как в его усиках возникает электрический импульс. Ученые разработали датчики, которые такой импульс улавливают, усиливают и с его помощью управляют роботом. Во время опыта искусственное насекомое, словно живой шелкопряд, выписывая забавные зигзаги, мчалось к источнику аромата.
На этом специалисты не остановились. В другом опыте они подключили шелкопряда к миниатюрному роботу. При этом прямо под его лапками оказался "шар трассировки" -- устройство ввода координат -- частично выступающий над плоскостью вращающийся шар. Как только шелкопряд учуял знакомый призывный запах, он беспокойно заработал лапками, как спортсмен на "бегущей дорожке". Робот, живущий заемным умом, ожил...
Управляемые... насекомые
Итак, выходит, бездушную машину можно снабдить мозгами насекомого. А почему бы и к самим насекомым не приставить человеческий разум, управлять ими с помощью дистанционного пульта, словно обычным телевизором? Почему бы не превратить насекомых в роботов? Сразу бы отпали проблемы, как снабжать механизмы энергией, как контролировать их поведение, как управлять ногами робота и как их конструировать... Зачем над этим ломать голову, когда природа уже нашла решение. Вот оно шевелит усиками и бегает. Создано из самых легких материалов, энергию добывает само, сенсоров в нем считать -- не пересчитать, остается лишь им управлять.
|
|
На голове у этого таракана "корона с электроникой". Его усики подрезаны, и насекомым управляют с помощью электродов; пользуясь дистанционным пультом, таракана заставляют бежать в заданном направлении
|
Исследователи из лаборатории профессора Шимоямы принялись экспериментировать с тараканами. Простейший способ командовать ими -- с помощью температурных сигналов. Таракан -- существо сметливое: он понимает, что для него добро, а что -- зло. Например, холодное от горячего отличает мигом. Если коснется усиком нагретого предмета, сразу же отдернет его и повернет туда, где похолоднее. Вот это свойство насекомого и решили использовать ученые. На спину ему возле оснований усиков приклеили "рюкзачок" с парой крохотных хромоникелевых электронагревательных стержней. Ученые повышали температуру одного стерженька, и чуткое насекомое немедленно меняло маршрут. Ему можно было задавать любое направление движения -- знай только поддавай жару. Во время одного из опытов таракана таким образом заставили проползти даже сквозь длинную трубу.
Некоторых ученых результаты экспериментов насторожили: вдруг секретные службы сделают электротаракана шпионом? Представляете -- ползает он по сверхсекретным военным лабораториям с миниатюрной видеокамерой на спине и выведывает тайны.
|
|
|
|
Шпионы-насекомые могут осложнить жизнь хранителям секретов
|
Но ведь возможно и другое -- насекомые стайками снуют по руинам здания, разрушенного землетрясением или взрывом, забираются в недоступные людям щели и обнаруживают пострадавших.
Роботы сбиваются в стаи
Подобные сценарии исследователи пока не комментируют.
У них наготове другие варианты. "Очеловеченные" тараканы могут повести за собой толпы собратьев, заманивая туда, где их дожидаются люди в белых халатах с инсектицидами наготове. Или же могут стать мирным биологическим оружием в борьбе против других насекомых-вредителей.
Тут используется свойство инсектов действовать сообща, которым особенно отличаются пчелы, термиты, муравьи. Слабые по отдельности, объединившись в огромную семью, они добиваются поразительных результатов. Не прослеживается ли здесь общая закономерность? Как только крохотные существа, относящиеся к одному виду, овладевают умением общаться друг с другом и образуют сообщество, оно -- сообщество! -- начинает вести себя как некое разумное существо. Так может, много "глупых" роботов могут образовать "умную" стаю?
Прояснить проблему пытаются исследователи из Массачусетского технологического института в Кембридже (США), создавая "социальных" роботов по образу и подобию муравьев. Будучи чуть больше спичечных коробков, они передвигаются, словно миниатюрные танки, на двух гусеницах. Благодаря инфракрасным лампам и сенсорам роботы обмениваются сигналами со своими "сородичами", оказавшимися поблизости. Ориентироваться в пространстве им помогают световые и контактные сенсоры -- с их помощью, например, роботы реагируют на столкновения.
Ведут себя искусственные муравьи по-разному -- как запрограммировали ученые. Одни, к примеру, послушно следуют за вожаком, другие стараются что-нибудь "поймать". Порой они объединяются в группы, а то и разбредаются поодиночке. Существует даже некая критическая "плотность роботов". Как только она достигается, роботы, словно стая подростков, отправляются вместе куда-нибудь "погулять". Ученые надеются, что со временем и эту способность бродить толпой удастся обратить в пользу.
|
|
Так представляет себе наш художник одну из возможных конструкций робота-миноискателя, предназначенного для действия в прибрежной полосе. В качестве бионической основы использован коренной житель таких районов -- краб
|
Отряд роботов-саперов тщательно, пять за пядью, сможет обследовать заминированную территорию. Обнаружив металлическим детектором мину, каждый остановится возле нее, ожидая дальнейшей команды. Когда все смертоносное оружие будет выявлено, подключатся люди. У каждого из роботов будет запас взрывчатки, которую оператор с помощью пульта дистанционного управления может подорвать, уничтожая мину и -- увы! -- робота, или же заставить последнего положить взрывпакет возле мины, а самому удалиться в безопасное место. Возможен, хотя и трудно осуществим вариант, когда робот откопает обнаруженную мину и осторожно отвезет ее в определенное место для уничтожения.
Публикацию по иностранным источникам подготовил С.СЛАВИН
|
