Многоклеточный робот собирается из робо-клеток и меняет форму в зависимости от внешних условий
Ученые из Университета Западной Вирджинии построили робота, состоящего из множества строительных блоков, подобных клеткам многоклеточного организма. У него нет центрального «мозга». При взаимодействии с миром робот, получивший имя Лупи, полагается на коллективное поведение всех своих клеток
Лупи состоит из 36 клеток, замкнутых в кольцо. Каждая клетка имеет сервопривод — электродвигатель, который вращает вал с точным контролируемым углом поворота и набор датчиков. Каждая клетка реагирует на мир самостоятельно, без участия других, за исключением двух своих непосредственных соседей. Когда сервоприводы работают, углы между клетками определяют общую форму робота.
Лупи может принимать различные формы и демонстрировать различные движения. Но случайные формы и движения бесполезны. Ученые надеялись, что в результате самоорганизации из беспорядка спонтанно возникнет порядок, и людях не пришлось бы напрямую управлять Лупи. Оказалось, что Лупи образует устойчивые фигуры, которые восстанавливаются после того, как Лупи натыкается на препятствия.
Знаменитый математик Алан Тьюринг заинтересовался идеей самоорганизации еще в 1952 году. Он даже представил себе кольцо клеток. Тьюринг выдвинул гипотезу о существовании химических веществ, которые диффундируют и вступают в реакцию друг с другом, что приводит к созданию в природе узоров, подобных тем, что имеются на птичьих перьях и морских ракушках. Этот подход к самоорганизации с использованием смоделированных химических веществ позволил Лупи спонтанно формировать различные формы лепестков и переходить между ними.
Порядок, возникающий из хаоса
Инженерные системы и, в частности, роботы проектируются преимущественно по принципу «сверху вниз», при котором проектировщики-люди предвидят условия, с которыми может столкнуться система, и заранее выстраивают ее поведение с помощью аппаратного и программного обеспечения. Проблема в том, что дизайнер вряд ли будет рядом, когда робот попадет в непредвиденную ситуацию.
Этот подход к микроменеджменту в проектировании роботов похож на подробную инструкцию ребенку перед тем, как он в первый раз идет в школу. Лучшим способом было бы давать общие рекомендации и обратную связь и ожидать, что дети будут решать проблемы самостоятельно. Точно так же ключевой мотивацией разработки Лупи является раскрытие силы восходящего коллективного «интеллекта», чтобы робот мог самостоятельно находить новые решения при возникновении новой ситуации, например, найти для себя правильную форму, чтобы адаптироваться к окружающей среде.
Программируемая материя
Идея программируемой материи существует уже несколько десятилетий, но реальных примеров пока мало. Хотя ученые исследовали формирование сложных форм с помощью самособирающихся роботизированных систем, эти системы, чаще всего, действуют по заранее прописанным правилам.
Исследователи уже применяли концепцию самоорганизации Тьюринга к роевым роботам, таким как маленькие, простые, автономные килоботы и это привело к появлению сложных форм. Однако, в отличие от Лупи, физические силы между «ячейками» прежде не использовались для формы и поведения всего коллектива.
Ученые продолжат свои эксперименты, чтобы Лупи развил в себе более реалистичные качества, такие как умение ориентироваться в непредвиденных ситуациях, поиск оптимальных условий и ресурсов, избегание препятствий и угроз. В конечном счете Лупи должен выполнять задачи, поставленные людьми, тем самым устраняя разрыв между неограниченным творчеством самоорганизации и целями человека.