В ходе недавней поездки делегации «Сколково» в Юго-Западный Госуниверситет в Курске состоялся визит в «Робототехнический центр». Там столичных гостей приятно удивили довольно неплохие наработки в сфере бионики – науки о применении в устройствах, принципов и свойств живых организмов. Гостям были представлены «змея», «кузнечик» и несколько «рыб».
Визит в робототехнические лаборатории ЮЗГУ стал поводом для разговора о бионике с Альбертом Ефимовым, руководителем «Робототехнического центра» ИТ кластера Фонда «Сколково».
Корр.: Альберт, хотелось бы начать с общего вопроса: на первый взгляд может показаться, что человек уже сильно опередил животных: мы выше и быстрее птиц летаем на своих самолетах, глубже рыб опускаемся на морское дно в своих подводных лодках и батискафах и так далее…
А. Ефимов: Это только на первый взгляд. На самом деле человек до сих пор лишь грубо подражал природе. И мы так и не научились летать, как птицы, и нырять, как рыбы. Дело в том, что мы осуществляем действия, основываясь на абсолютно иных физических принципах. Предстоит пройти еще огромный путь, и не могу не вспомнить в этой связи т.н. «Парадокс Моравека»: он гласит, что любое простое действие, требующее кинетики, в вычислительном плане гораздо сложнее, чем любое сложнейшее аналитическое действие. Проще говоря, воссоздать, например, движение крыла птицы или даже динамику передвижения лап простейших насекомых оказывается для современной вычислительной машины гораздо сложнее, чем, скажем, обыграть в шахматы чемпиона мира. Когда годовалый ребенок берет кружку со стола, нам кажется это простым движением, но повторить его механическим изделием на самом деле оказывается уже на грани возможностей современной робототехники.
Робот-рыба, созданный в Массачусетском технологическом инcтитуте (фото MIT)
- С одной стороны, такое положение вещей может, наверно, и внушать некоторый оптимизм тем, кто опасается, что человек, в конце концов, всю живую природу роботами заменит. С другой стороны, мы понимаем, что человек никогда не прекратит своих попыток воссоздать природу в искусственном виде. А какие качества животных для робототехников наиболее ценны, что они хотели бы воссоздать прежде всего?
- Основное качество, можно сказать, «конкурентное преимущество», которое присуще животным – это способность к навигации, к распознаванию и пониманию окружающего мира. Ведь даже бактерия, как известно, может мигрировать от одного объекта к другому: от кислотной к щелочной среде. Способность к навигации, конечно, наиболее удивительным образом проявляется птицами, которые умеют ориентироваться по сторонам света. А кошки и собаки могут найти свой дом за сотни километров от него, редкий человек на такое способен. Да к тому же у современного жителя в развитом мире постепенно формируется т.н. «топографический маразм» от бесконечного пользования навигаторами.
Приоритет робототехники в биоформных, бионических функциях хотел бы проиллюстрировать разработкой компании Festo, партнера Кластера ядерных технологий Фонда «Сколково». Среди прочих изделий этой компании, ставших популярными, «Птица» или «Летающий скат».Но я бы особо выделил искусственный хобот, способный захватывать предметы.
Хобот Festo (иилюстрация компании Festo)
Festo удалось разработать довольно интересный пластический сустав. Благодаря ему искусственный хобот может менять свою форму, оставаясь жестким. Эту технологию компания «подглядела» у рыб, изучая свойства и работу плавника, создав в результате одну из самых совершенных на сегодняшний день бионических робототехнических систем.
И здесь снова нужно оговориться: даже лучшие современные робототехнические манипуляторы все еще не могут схватить хрупкие объекты (например, яйцо, не раздавив его), это пока слишком сложно для них. О передвижении, еще одном ключевом образе бионики: в природе живой объект может ходить, на двух, на четырех лапах, может ползать, прыгать. Может летать, используя воздух как опору, плавать разными способами, например, как рыба, используя плавники и хвост или, как скат, используя подъемную силу своих плавников. Способы передвижения – еще один образ бионики. Но на этом ряд образов не заканчивается. А как сделать, чтобы глаза робота могли видеть, как глаза животного или человека? Зрение, вернее повторение функции зрения в робототехнических изделиях – еще один «вызов природы», на который робототехники пытаются найти ответ.
- Часто можно услышать такое мнение, что, мол, все это игрушки, не более того. Впрочем, изделия, что мы видели в Курске, да и не только, на многих мероприятиях по робототехнике, не специалистам действительно именно игрушки и напоминали.
- Генералы, гласит известная поговорка, «всегда готовятся к прошедшей войне». Инерция восприятия инноваций наблюдалась в истории со всеми новинками человечества. Известно, что Наполеон назвал «игрушкой» первую паровую машину, которую ему показали в качестве двигателя на корабле. А радиолюбительство тоже было не более чем аттракционом (мол, зачем посылать какие-то сигналы с корабля, если для этого есть сигнальные флаги?). И сеть лет десять, вплоть до бума интернет-стартапов в конце 1980-х также оставалась игрушкой. Аналогичная ситуация сначала наблюдалась с транзисторами. И с робототехникой – происходит тоже самое. Многие воспринимают эти изделия, как игрушки, но пройдет 10-20 лет, и мы будем работать на создателей «игрушек», которые вырастут к тому времени во владельцев и топ менеджеров глобальных компаний. В целом в Курске, например, мы тоже увидели пока лишь результаты исследовательских проектов, прототипы, которые в основном не имеют коммерческую составляющую.
Рыба-робот, сделанная в ЮЗГУ, г. Курск (фото Sk.ru)
Но они решают важные прикладные исследовательские задачи, без которых невозможно перейти к следующему этапу. Если ты не знаешь механику виляния хвостом у рыбы, которое происходит с определенной частотой и определенной амплитудой, если не понимаешь, как под водой перемещать объект влево или вправо, как сохранять его герметичность, не сможешь никак двигаться дальше в подводном роботостроении. Это базовый уровень, который позволит развиваться. Вопрос в том, как сделать продукт и кому этот продукт будет нужен. Но это уже вопрос к специалистам, обладающим другими компетенциями: по упаковке продукта.
- Примеры коммерческого применения животноподобных роботов уже есть. Многие, конечно, слышали о змеях-исследователях развалин в результате землетрясений; о «большой собаке» - вьючном механическом муле, интерес к которому проявляют военные; о кибернетических мухах-шпионах; о «как живой» японской собачке «Айбо» и т.д. Все это уже не фантастика, но пока все же довольно ограничено используется. В чем основные причины такой ситуации, на Ваш взгляд, люди не хотят окружать себя искусственными животными?
- Чтобы ответить на этот вопрос, давайте посмотрим на конкретный пример. Скажем, у нас есть робот-рыба: как его применить в реальной жизни, чем он лучше того же «Гнома», которого мы показывали на «Открытых инновациях»? И может ли робот-рыба погружаться также глубоко, как это делает «Гном»? При этом нужно понимать, что аппарат не должен выйти за ценовые рамки в 2-3 тысячи Евро – если потерял его на дне, то не критично. То есть мы подошли к вопросу об ограничительных факторах. И если в упомянутую «Большую собаку» (известный проект Boston Dynamics) поставить шумопоглощающий чехол (на видео видно, что робот довольно шумный), то увеличится его вес, а значит, уменьшится пробег.
Проект "Гном" вызвал большой интерес у молодежи на "Открытых инновациях"
Кстати, один из наших резидентов тоже работает над аналогичным роботом. Глядя на эту «Большую собаку», мне вспоминается роман Нила Стивенсона («Алмазный век или букварь для благородных девиц» - прим. авт.), где один из героев скакал на «робобыле». Мне все же кажется, что эти технологии пока очень отделены от нас, на десятки лет. Я больше верю в перспективы автономных транспортных средств, в разработки, которые позволят сделать уже выпущенные автомобили более безопасными с помощью робототехники. Да, «змея-поисковик» уже есть в Японии и Британии, где ее сделали длиной целых 1.5 метра, но пока мы не видим больших заказов на эти изделия. Для структур, таких как МЧС, например, важно чтобы изделие было ремонтопригодным, недорогим, и чтобы конкурировало с доступными технологиями. Если робот-змея стоимостью в 30 000 евро застрянет где-то в развалинах дома, то это мало кому понравится.
- Думаю, будет несправедливо, если мы обойдем стороной насекомых с их «технологиями» роя и другими интересными «фичами», на которые обращают пристальное внимание робототехники.
- Что касается насекомых, то я бы выделил две основные темы. Во-первых, давайте разберемся, чем вообще некоторые виды насекомых отличаются, например, от человека? Своим коллективным поведением и коллективным разумом. Это свойство насекомых поистине гениально. Да, уже есть эксперименты по небольшим роям квадрокоптеров, но многие ученые мира пока только бьются над тем, чтобы сымитировать коллективный рой насекомых, этих низших животных, чтобы понять, как вообще происходит управление особями в рое. Человеку довольно затруднительно создать технологии, которые позволят развернуть сотни объектов одновременно, а рой пчел из тысячи этих насекомых может мгновенно развернуться.
Тоже, кстати, можно сказать о косяках рыб в океане. Эта функция развивалась миллионы лет в ходе эволюции вида как защитная. Такой вид робототехники, «роевая» или «стаевая» - очень интересное направление. Микророботы и минироботы (размером в миллиметры) активно создаются сейчас во многих университетах мира. Кстати, на прошедшем форуме «Открытые инновации» принимал участие ученый из Кореи, с очень интересной технологией, создавшей для движения медицинских микророботов (применяются в гастроэнтерологии). Там в качестве двигателя выступают бактерии, которые толкают медицинского микроробота внутри организма человека в направлении исследуемого органа.
Возможно, микророботы и минироботы, работающие в рое, найдут применение, например, в космических программах. Мне кажется, для исследования, скажем, атмосферы Марса было бы интересно создать и забросить на планету такой рой роботизированных насекомых. Они не нанесут ущерба экосистеме Марса, но могут принести огромное количество данных. А самым «идеальным роботом» может оказаться разумное облако нанороботов, об этом еще Станислав Лем писал. В «Сколково» близкими к технологиям роботизированного роя занимается резидент «Тойтемик», ведутся активные исследования в этом направлении в партнерском нашему кластеру «Институте проблем передачи информации».
В нашем форсайте по робототехнике пока нет биоморфных и бионических направлений. Но эта сфера представляет огромный интерес в плане создания реабилитационных экзоскелетов. Ведь это на 100% бионические изделия, основанные на изучении свойств скелета человека. То чем занимается наш резидент «Экзоатлет» - это в чистом виде бионика. И в Курске мы, кстати, тоже познакомились с интересными разработчиками экзоскелета.