Світ 2018-01-05 11:52 The Economist

The Economist: Мініатюрна робототехніка

Військові роботи зменшуються в габаритах і розумнішають, а незабаром вони літатимуть роями

12 листопада на YouTube виклали відео під назвою Slaughterbots («Кілер-боти»). Це проект професора в галузі штучного інтелекту Каліфорнійського університету (Берклі) Стюарта Расселла. Профінансував цей проект Інститут майбутнього життя (Future of Life Institute, FLI) — група стурбованих учених та інженерів, куди входять Ілон Маск, Стівен Гокінґ і Мартін Ріс, королівський астроном Великої Британії. Дія фільму відбувається в недалекому майбутньому, де мініатюрні дрони, оснащені системами розпізнавання обличчя та зарядами вибухівки направленої дії, можуть бути запрограмовані на пошук і знищення конкретних осіб або групи (наприклад, одягнених у певні однострої). В одному епізоді показано, як дрони співпрацюють, щоб проникнути в будинок. Один діє, як петарда, — пробиває собою стіну, щоб зробити прохід для інших.
«Кілер-боти» — фантазія автора. Але професор Расселл ставить запитання: «Чи надовго?». Адже військові лабораторії в цілому світі розробляють невеликих автономних роботів для використання в бойових діях із застосуванням як звичайної зброї, так і інших видів озброєнь. Зокрема, у США після десятка років успішної роботи згортається програма під назвою MAST (Micro Autonomous Systems and Technology, «Мікроавтономні системи й технології»), якою займалася Науково-дослідна лабораторія Сухопутних військ США в штаті Меріленд. MAST координувала й фінансувала дослідницьку роботу консорціуму відомих лабораторій, зокрема при Університеті штату Меріленд, Техаському університеті A&M і Університеті Берклі (дослідження в останньому не мають стосунку до розробок Расселла). Її наступниця, програма DCIST, тобто Distributed and Collaborative Intelligent Systems and Technology («Розподілені та взаємодіючі розумні системи й технології»), яку запустили цього року, зараз набирає обертів.

У 2008 році, коли MAST тільки почала роботу, дрон-шпигун, який уміщався б на долоні, був чимось зі сфери нау­кової фантастики. Зараз вони звичне явище. Крім літаю­чих апаратів дослідники MAST розробляють портативних роботів-розвідників, які можуть стрибати або повзти перед солдатами. Мета DCIST — навчити цих автономних роботів співпрацювати між собою. Якщо проект буде успішним, у результаті з’являться рої пристроїв, які зможуть узгоджувати свої дії для досягнення спільної мети.

Стриб-скік — і втік

Наразі американський оборонний департамент планує тримати такі рої під контролем оператора, щоб рішення натиснути на спусковий гачок завжди ухвалювала людина, а не машина. Пентагон не менше від FLI боїться перспективи непідконтрольних роботів-кілерів. Але, як було сказано про ядерну зброю після вибуху першої атомної бомби, «єдина таємниця, яку не варто було розкривати, тепер відома всім: ця зараза діє». Якщо можна навчити цілі рої міні-роботів співпрацювати в автономному режимі, то хтось десь це таки зробить.

Читайте також: The Economist: План електропольоту

Нині наявні мініатюрні дрони — це зазвичай полікоптери з набором роторів (зазвичай їх чотири або шість), змонтованих на вершинах правильного багатокутника, а не з одним ротором над центром ваги. Проте деякі дослідники з MAST вважають, що натрапили на щось краще.

Вони пропонують замінити полікоптер циклокоптером, який схожий на летючий пароплав із гребними колесами. Хоч ідея циклокоптера не нова, досі в науковців не було міцних і легких матеріалів, необхідних для їх створення, а комп’ютерні інструменти, потрібні для такої розробки, з’явилися лише недавно. Але зараз, коли ці матеріали й інструменти вже є, процес прискорюється. Під час проекту MAST учені зменшили циклокоптери з півкілограмових мастодонтів до легеньких, граційних пристроїв, які важать менше ніж 30 г. Такі машинки можуть виявитися ефективнішими за полікоптери.

Аеродинаміка циклокоптера більше подібна до аеродинаміки комах, ніж звичайного літального апарата: підйомна сила створюється збуренням повітряних потоків, а не обтіканням крила. Сила вихрових ефектів зростає пропорційно до зменшення розмірів приладу, хоча для звичайних літальних апаратів, зокрема полікоптерів, це має негативний ефект: знижується стабільність. Що менші циклокоптери, то вони кращі.

Вони також працюють тихіше. За словами одного з лідерів групи розробки цих пристроїв у Техаському університеті A&M Мобла Бенедикта, «аеродинамічний шум безпосередньо залежить від швидкості кінчиків лопатей». Звідси характерний звук гелікоптера. Швидкість лопатей циклокоптерів набагато нижча, що робить їх ідеа­льно придатними для розвідки. У них також краща маневреність, вони стійкіші до поривів вітру.

На думку доктора Бенедикта, від комерційного виробництва циклокоптерів нас відділяє ще понад два роки. Щойно воно почнеться, ці дрони зможуть замінити полікоптери в багатьох ролях, і не лише військових. Але це не єдина новітня технологія, до розробки якої залучена програма MAST. Вона також працювала над створенням роботів-стрибунів.

Один з найкращих — Сальто, розроблений Лабораторією біоміметичних мілісистем при Університеті Берклі. Сальто — робот-монопод вагою 98 г, має хвіст, що здатний обертатися, а також бокові коригувальні двигуни. Вони допомагають йому стабілізуватися та змінювати напрям руху в стрибку. Це дає можливість плигати по нерівних поверхнях, а також підійматися сходами.

Швидкість Сальто (майже два метри за секунду) ставить величезні вимоги до його єдиної ноги. Рон Фірінґ, один з інженерів-електриків, який її розробляв, каже про це таке: «Уявіть собі гепарда, який мчить на повній швидкості лише на одній лапі, а тоді скоротіть наполовину тривалість контакту цієї лапи із землею». Як і у випадку з циклокоптерами, матеріали й обчислювальна потужність процесорів, необхідні для виконання цього завдання, з’явилися лише недавно.

Доктор Фірінґ розповідає, що Сальто та його родичі тихіші за повітряні дрони й можуть працювати в закритих приміщеннях, де летючим роботам заважатиме турбулентність, спричинена відбитими від стін потоками повітря. Вони можуть також пересуватися на відкритій місцевості (наприклад, на руїнах будівель), непрохідній для колісних машин. Над Сальто ще потрібно попрацювати. Зокрема, він мусить уміти краще чіплятися за поверхню, на яку приземлюється. Вчений проводить аналогію з білкою, яка перескакує з гілки на гілку. Дістатися до наступної — це тільки половина справи. Інша половина — втриматися на ній. І щойно цю проблему буде вирішено (має статися в межах наступного року чи двох), мініатюрні наземні роботи, здатні пройти там, куди нема доступу їхнім колісним чи навіть гусеничним побратимам, будуть доступні для практичного використання. 

Читайте також: The Economist: Битва розумів

Балансувати на уламках зруйнованого будинку — не єдиний спосіб дізнатися, що там є. Ще можна проникнути в шпарини між уламками. Учені з Лабораторії біоміметичних мілісистем працюють і над цим. Їхня розробка подібна до таргана. У нього широке й пласке тіло, що забезпечує рівновагу й дає змогу проповзати через вузькі щілини, за потреби й на боку. Якщо він перекинеться, намагаючись виконати такий маневр, то два крилоподібні виступи допоможуть «таргану» стати знову на лапки.

Проникнути в будівлю, цілу чи зруйновану, це одне. А ось знайти шлях у ній без допомоги людини — щось зов­сім інше. З цією метою MAST надсилає свої результати до Агентства передових дослідницьких оборонних проектів (DARPA) — головної федеральної організації США, яка провадить військові дослідження. За словами Бретта Пікарскі, який очолював MAST, а зараз керує DCIST, у DARPA є програма швидкісних легких автономних апаратів (Fast Lightweight Autonomy, FLA), яка продовжить роботу MAST у напрямі розробки мініатюрних дронів, здатних «заходити, виходити з будівель і пересуватися в них із високою швидкістю». Частину завдань уже виконано. У червні DARPA відзвітувало, що вдосконалені в межах програми FLA полікоптери змогли петляти крізь порослі лісом ділянки, облітати перешкоди в ангарі та повертатися у вихідну точку, і все це самостійно.

Сила в єдності

Наступний виклик (який особливо непокоїть таких людей, як професор Расселл) — змусити роботів літати роєм та ефективно узгоджувати свою поведінку. Під егідою MAST групі вчених із Лабораторії загальної робототехніки, автоматизації, розпізнавання та комп’ютерного сприйняття (General Robotics, Automation, Sensing & Perception, GRASP) при Пенсильванському університеті й справді вдалося змусити дрони летіти разом, узгодженим строєм без зітк­нень. Це гарне видовище, але до певної міри така картинка — ілюзія. На відміну від бджіл у рою чи журавлів у клину дрони не використовують інформацію від власних приладів. Натомість дрони від GRASP послуговуються наземними сенсорами, щоб стежити за окремими дронами навколо себе, і центральним контрольним пультом, щоб уникати зітк­нень.
Зараз це змінюється. На прощальній демонстрації до закриття програми MAST у серпні було показано трьох роботів (два наземні, один повітряний), які зберігали потрібну позицію під час руху лише з використанням власного бортового обладнання. Це відкриває шлях до координації більших груп роботів без зовнішнього втручання.

Крім того, як засвідчила демонстрація, коли для дронів та інших роботів таке групування стане звичною процедурою, їм не обов’язково всім належати до одного типу. «Керування гетерогенними групами» — нова дисципліна, яка намагається вирішити непросту проблему управління підрозділами в складі різних роботів — від крихіток завбільшки з поштову марку до великих, розміром із джип, і людей. Роям також доведеться навчитися дробитися на підгрупи для огляду приміщення, а після виконання завдання знову приєднатися до всіх інших. І це у ворожому оточенні.
Такі завдання стоять перед DCIST. Перший транш грантів для фінансування цього проекту, близько $27 млн, уже виділено Пенсильванському університету, Массачусетському технологічному інституту, Технологічному інституту штату Джорджія і Каліфорнійському університету (Берклі). Можливо, ближче до завершення програми DCIST (орієнтовно у 2022 році) «кілер-боти» вже менше здаватимуться персонажами з науково-фантастичного фільму. 

© 2011 The Economist Newspaper Limited. All rights reserved

Переклад з оригіналу здійснено «Українським тижнем», оригінал статті опубліковано на www.economist.com

Новини RedTram

Loading...