Бригаде роботов прораб не нужен

Если человек задумал построить дом, он обращается к архитектору. Тот готовит проект, которым, после согласования с заказчиком, руководствуются подрядчик и строители. Конечно, в ходе возведения здания все участники этого процесса постоянно поддерживают контакт друг с другом, консультируются и совместно решают возникающие проблемы, но в основе их деятельности лежит готовый архитектурный проект в форме детальных чертежей, а наличие строгой иерархии полномочий и ответственности позволяет централизованно управлять ходом строительства.

Информатики изучают термитов

Так это происходит у людей. Но в дикой природе реализуются иные подходы к возведению сложных инженерных сооружений. Чрезвычайно интересным примером тут могут послужить термиты, говорит американский исследователь Джастин Уэрфел (Justin Werfel): "Термиты водятся и у нас, в Соединенных Штатах, однако здесь они известны больше как разрушители домов, пожиратели деревянных конструкций. Но термиты, живущие в Африке и Австралии, являются строителями, причем воздвигают на удивление сложные постройки. Одни термитники имеют форму кактуса или готического собора с множеством башен, другие - форму гриба, третьи - форму обелиска. Самый большой из известных науке термитников достигает в высоту почти 13 метров".

Джастин Уэрфел работает в Гарвардской школе инженерных и прикладных исследований и в Институте бионики имени Висса (Wyss) при Гарвардском университете. Уэрфел - не энтомолог, а информатик. Тем не менее, он даже специально ездил в Намибию, чтобы там более детально изучить поведение термитов.

Проект TERMES

Пристальный интерес исследователя к этим насекомым вызван их способностью возводить сложные инженерные сооружения словно по наитию, без единого плана и без централизованного руководства. "Вместо того чтобы обмениваться информацией друг с другом непосредственно, напрямую, термиты делают это косвенно, оставляя определенные сигналы в окружающей среде, понятные остальным, - поясняет ученый. - После того как термит укладывает где-то комочек земли, он помечает его феромоном - веществом, которое он сам же секретирует с целью химической коммуникации с прочими представителями своего вида. В результате другой термит, оказавшийся в том же месте, знает, что и он должен положить сюда же свой комочек земли".

Принцип децентрализованной, но высокоэффективной сборки построек Джастин Уэрфел, профессор Радхика Нагпал (Radhika Nagpal) и группа их коллег решили реализовать в сфере роботостроения. Проект получил название TERMES. Он стартовал 4 года назад, теперь его результаты были представлены на ежегодной сессии Американской ассоциации содействия развитию науки в Чикаго и опубликованы в журнале Science.

Роботы действуют как термиты

Гарвардские специалисты сконструировали самоходных минироботов длиной 18, шириной 10 и высотой 12 сантиметров и массой 800 граммов и оборудовали их грейфером для захвата строительных блоков из пенополиуретана размером 22 на 22 на 5 сантиметров и массой 200 граммов.

Миниробот может: передвигаться вперед, назад и поворачиваться на месте; подниматься на ступеньку высотой в один строительный блок и спускаться с нее; захватывать блок, транспортировать его и укладывать прямо перед собой; регистрировать другие блоки и других минироботов в своем непосредственном окружении; а также определять свое местоположение относительно первого блока, заложенного в основание будущей постройки.

"Все роботы действуют независимо друг от друга, - рассказывает Джастин Уэрфел. - Они способны воспринимать лишь ограниченное количество информации и лишь о том, что происходит в непосредственной близости от них. Однако они координируют свои действия - примерно так же, как термиты".

Правила поведения для роботов

Роботы подчиняются заранее заданному простому алгоритму, выбор которого зависит от того, какое здание информатики задумали возвести. "Если бы наши роботы складывали свои блоки бессистемно, они могли бы, например, сами себя замуровать, - поясняет Джастин Уэрфел. - Поэтому мы наделили их правилами поведения. Скажем, поскольку робот может преодолеть вверх или вниз не более одной ступеньки, ему запрещено укладывать второй блок на уже имеющуюся ступеньку. Правил немного, они разработаны с таким расчетом, чтобы роботы, во-первых, не создавали сами себе препятствия и, во-вторых, могли довести работу до конца".

Гарвардским ученым удалось доказать - об этом свидетельствуют, в частности, и выложенные в Youtube видеоролики, - что роботы могут совместно выполнять сложные строительные работы, руководствуясь лишь сводом простых правил и действуя сам по себе, без централизованного управления. Хотя каждый робот работает параллельно с другими, он ничего не знает об их действиях. Это означает, что один и тот же нехитрый алгоритм годится и для пяти, и для пяти тысяч роботов.

Перспективы

Такая самоорганизующаяся и саморегулирующаяся система из множества индивидуально действующих единиц открывает совершенно новые технические возможности, говорит Джастин Уэрфел: "В очень отдаленной перспективе можно будет применять таких роботов для сборки строительных конструкций там, где использовать людей слишком опасно или сложно. На Марсе, например: можно отправить туда сначала роботов, чтобы к прибытию астронавтов станция была уже готова. Конечно, это дело далекого будущего. Но укладывать мешки с песком в случае наводнения такого типа роботы смогут уже года через два-три".

Конечно, для использования вне стен университетской лаборатории, в условиях реальной жизни, роботы должны быть гораздо крупнее, а главное - надежнее и прочнее. Так что гарвардским ученым еще есть над чем поработать.