Роботы будущего

У Энди Маркезе (Andy Marchese) есть множество аквариумов, но корма для рыбок нет ни крошки. Все дело в том, что его рыба предпочитает батарейки и сжатый воздух. Недавно Маркезе провел сухопутную демонстрацию зеленой силиконовой рыбы Баблз, которая бьет хвостом, в то время как ее бока по очереди надуваются, создавая идеальную имитацию карпа. Это первый автономный и самодостаточный робот, изготовленный в основном из мягких деталей.

У инженеров-робототехников существует вполне определенное пристрастие к жестким конструкциям, для которых легко можно создать алгоритмы, взяв их из хорошо развитой робототехнической промышленности. Однако мягкие роботы решают две колоссальные проблемы в сегодняшнем роботостроении. Им не нужно рассчитывать свои движения с той точностью, с какой это делают жесткие роботы, пользующиеся пружинами и шарнирами, а поэтому они лучше приспособлены для перемещений в неконтролируемой среде, скажем, в доме, в районе катастрофы или стихийного бедствия, в больничной палате. Они естественным образом освобождены от тесной клетки, а поэтому могут работать плечом к плечу с людьми. Если мягкий робот споткнется или даст сбой, это будет не опаснее, чем удар подушкой. Такой робот также будет реже причинять вред себе.

Демонстрация Баблз дала редкую возможность заглянуть внутрь элитной лаборатории вычислительной техники и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института. Именно эта лаборатория воспитала выпускников, создавших всемирную паутину и кодирование открытых ключей. В лаборатории работают над всеми типами роботов, но пересечение важнейших технологий, таких как 3D печать, вдохновило биологов, материаловедов, робототехников и представителей других дисциплин на работу по созданию совершенно иного робота, который меньше похож на Ситрипио и больше — ну, скажем, на кальмара.

В прошлом году мягкая робототехника привлекла к себе огромное внимание. В Гарварде многочисленные группы работают над мягкими роботизированными руками, прыгающими ногами, экзокостюмами и четвероногими, творящими чудеса акробатики. В лаборатории мягкой робототехники Вустерского политехнического института ученые создают змею. В Сан-Франциско начинающая компания Otherlab строит надувных роботов, которые могут здороваться за руку, ходить и возить на себе седоков. В Италии группа исследователей построила роботизированное щупальце по образу и подобию осьминога.

До 1970-х годов автомобильные компании создавали более безопасные машины, делая их крупнее и тяжелее. Но потом появились подушки безопасности: легкое приспособление, которое сворачивается и невидимо присутствует в автомобиле, пока не наступит момент аварии. Аналогичная революция произошла в сфере бронезащиты человека, в мостостроении, в производстве контактных линз. А теперь ученые полагают, что нечто подобное происходит с роботами.

«Это не какая-то составная часть обычной технологии роботостроения, — говорит преподаватель биоробототехники Швейцарского федерального института технологий в Цюрихе Фумия Иида (Fumiya Iida), входящая в состав комиссии по мягкой робототехнике американского Института инженеров по электротехнике и электронике. — Здесь нужно совершенно иное мышление, другие материалы, другие источники энергии. Это определенно то направление, в котором нам надо двигаться в перспективе». Один из самых внушительных жестких роботов в мире на сегодня это гуманоид Атлас компании Boston Dynamics весом 136 килограммов. Если Атласу нужно подобрать мяч, он должен сначала обнаружить и рассчитать точное расстояние до этого мяча, а потом вычислить, куда именно поместить руку и какое приложить усилие.

Роботы типа Атласа «очень много думают», говорит доктор наук Барри Триммер (Barry Trimmer), преподающий в Университете Тафтса и редактирующий новый журнал Soft Robotics, который начал выходить в прошлом месяце. «Они очень долго колеблются, рассчитывая, куда поставить ногу и так далее. А животные поступают иначе. Нам надо отказаться от идеи о том, что необходимо контролировать все переменные величины».

В отличие от Атласа, сделанному в Гарварде захватному устройству в форме морской звезды достаточно дать команду, чтобы оно надулось. Набрав воздух, оно приспосабливается к форме предмета, а его «пальцы» набирают давление, чтобы ухватить этот предмет и поднять его. Это как человек, берущий стакан с водой. Мы не высчитываем в мозгу точный размер и форму стакана; просто наша рука приспосабливается к предмету. Баблз тоже не рассчитывает полную длину своего телодвижения. «Он не знает, где в тот или иной момент находится его хвост», — говорит Маркезе.

По словам учредителя Otherlab Сола Гриффита (Saul Griffith), финансы и усилия, направляемые на мягкое роботостроение ничтожны по сравнению с тем, что вкладывается в жестких роботов. Его компания недавно вышла из состава стартапа по созданию мягкой робототехники Pneubotics.

«Мы находимся на исключительно раннем этапе мягкого роботостроения как отрасли, — написал он в электронном сообщении. — Здесь больше шумихи, чем реального содержания ... На сегодня существует может три или четыре интересных образца с уникальными функциями и возможностями. При этом гибкость, небольшие затраты и возможность совмещения с человеческим масштабом делают мягких роботов очень привлекательными».

Но есть и проблемы технического характера. Инженеры, создающие мягких роботов, экспериментируют не только с механизмами подачи сжатого воздуха и жидкости под давлением. Они работают над не проводящими ток упругими полимерами, эластичными материалами, которые расширяются и сокращаются, реагируя на напряжение, ставят опыты на сплавах с памятью формы, на металлических сплавах, которые можно запрограммировать на изменение формы при определенной температуре, а также на пружинах, реагирующих на свет. Эта работа пока находится в зачаточном состоянии, как и системы управления роботами (для многих мягких роботов в Гарварде вся система управления это просто шприц с воздухом, прикрепленный к трубке).

Но эта область настолько нова, что здесь нельзя исключать никакие возможности. Технологии мягкого роботостроения теоретически можно использовать для создания пары надеваемых человеческих крыльев. Есть и более практическая сфера применения: мягкие роботы легко смогут упаковывать яйца и собирать фрукты, в то время как традиционный робот жесткой конструкции скорее всего разобьет яйца, а из яблок непреднамеренно сделает сок. Массу похожих на червей мягких роботов в форме сетки можно будет наполнять водой и сбрасывать в районе кораблекрушения, где они будут подплывать к выжившим и спасать их. Больные люди смогут надевать мягкий роботизированный рукав, чтобы устранять дрожь в руках, а пожилые люди — чтобы компенсировать старческую мышечную слабость. Мягких роботов можно использовать в космических исследованиях, где исключительно важен фактор веса. Они могут служить в качестве протезов, создавая исключительное чувство комфорта и естественности. Дома они будут помогать по хозяйству, не наступая при этом на собак и кошек. Кроме того, можно будет создавать хирургических роботов, которые не ошибутся и не повредят внутренние органы пациента.

Триммер даже думает о том времени, когда можно будет создавать мягких роботов с лабораторной мышечной тканью, которую будет питать запас жира. Он считает, что робототехника сегодня стоит на пороге смены системы понятий. «Если эта работа окажется успешной, отдельная область мягкой робототехники исчезнет, — говорит он. — Робототехника в целом будет объединять все технологии и все процессы. И преимущественно мы будем строить мягких роботов».