Гарвардские инженеры создали небольших роботов, которые, подобно насекомым, сооружают сложные конструкции без общего плана, программы и без указаний человека-оператора
Хотя термиты известны умением прогрызать дерево и разрушать целые дома, гораздо более удивительна их способность к строительству. Мизерные насекомые в несколько миллиметров длиной способны создавать многометровые термитники, в тени которых прячутся слоны. Причем это не просто нагромождение земли, а сложные конструкции, к которых есть система вентиляции, целые сады для разведения грибов, залы, в которых содержатся яйца и молодые личинки, апартаменты монарших особей.
Трудно представить, что это архитектурное чудо строится без чертежей и централизованного управления, без общего плана – в термитниках нет насекомых, которые руководили бы процессом.
Эта способность насекомых без предварительного плана строить хитрые замки вдохновила гарвардских ученых и инженеров на создание строительных роботов, которые трудились бы по тому же принципу. В сегодняшней публикации в журнале Science идет речь о роботах, в которых заложен тот же принцип скоординированных действий, что и у насекомых. Группа под руководством Джастина Верфела уже не первый год занимается моделированием систем, в которых боты, имея в голове простой алгоритм кооперации, строили бы конструкции из стандартных магнитных кирпичей – без всякой связи друг с другом или централизованного управления.
У термитов это работает так. Каждый делает строительные кирпичи, собирая частички почвы и смачивая их слюной. Насекомое чувствует запах феромонов слюны и старается пристроить свои кирпичи туда, где концентрация этих феромонов больше. Такая способность к спонтанным скоординированным действиям не основе знаков или меток, оставленных коллегами, называется стигмергией, и ее открыл французский биолог Пьер-Поль Грассе в середине XX века как раз на термитах.
У роботов, созданных Верфелом и его исследовательской группой, запрограммированы простые правила. Они помогают роботу сориентироваться, пристроить магнитный кирпич в нужное место и рвануть за следующим. Единственное, что требуется от человека, – заложить первый кирпич, чтобы показать место, с которого следует начать. Алгоритм, зашитый в несложные мозги каждого бота, состоит из нескольких команд, таких как «вперед», «назад», «положить кирпич», «подняться на ступень выше», «опуститься на ступень ниже». Если робот чувствует, что у него не получается выполнить какое-то из заложенных движений, он будет перебирать все известные ему команды, пока не найдет подходящую к ситуации:
Система не лишена недостатков. Есть также несколько ограничений. Например, роботы могут только складывать кирпичи, но не могут их снимать и перекладывать. То есть они могут только складывать и не могут разрушать, так что временных конструкций их работа не предполагает, пишет Слон. Впрочем, по словам доктора Верфела, это связано лишь с ограничением физических возможностей конкретных моделей ботов, а не с изъянами в алгоритме.
Пока насекомоподобные боты могут сооружать только относительно небольшие конструкции вроде пирамид и зиккуратов, которые строили древние люди. Но Верфел надеется, что, как и люди, его боты рано или поздно научатся строить что-нибудь посложнее, с внутренними пустотами и выступами.
Сфера применения таких ботов просто безгранична. Они могли бы собирать инженерные конструкции в местах, где людям было бы сложно работать (например, в зоне катастрофы или на глубине), или там, где вовсе нет людей (например, в космосе и на других планетах):
