Морская звезда-робот учится ходить и хромать

Возьмём для примера собаку, у которой вдруг оказалась перебитой одна лапа. Маловероятно, что пёс встанет как вкопанный или упадёт на землю. Скорее он, воспользовавшись тремя здоровыми лапами, убежит в безопасное место. А вот для большинства автономных роботов повреждение ноги смерти подобно. Впрочем, одну машину на примере собаки удалось кое-чему научить.

Трое американских исследователей — Джош Бонгард (Josh Bongard) из университета Вермонта (UVM), а также Виктор Зыков (Victor Zykov) и Ход Липсон (Hod Lipson) из университета Корнелла (Cornell University) — опубликовали в журнале Science статью, в которой описали четвероногого, похожего на морскую звезду робота, способного без посторонней помощи оправиться от "ранения" посредством моделирования самого себя.

"Мы ещё не дали этому роботу официального названия, но между собой обычно именуем его "Морской звездой" (Starfish), и нас не смущает, что у настоящей морской звезды пять ног, а не четыре, — рассказал Бонгард. — Вообще-то, живая морская звезда намного лучше нашего робота в части восстановления после повреждений, потому что она фактически может заново вырастить ноги".

"Морская звезда" и её создатели. Слева направо: Виктор Зыков, Джош Бонгард и Ход Липсон (фото Cornell University). Авторы работы пишут, что их машина "использует взаимосвязь "восприятие — приведение в действие", чтобы изучить своё собственное строение и впоследствии использовать эту "самомодель" для передвижения. А когда часть ноги удалена, робот приспосабливает свою модель для создания альтернативной "походки". Эта концепция может помочь в разработке новых сложных машин и пролить свет на "самомоделирование" у животных".

Другими словами, вместо того, чтобы давать роботу набор жёстких инструкций, исследователи позволяют машине "открыть собственную природу" — решить, как управлять собой: сначала робот учит себя ходить, а в случае повреждения — хромать.

"Большинство роботов имеет фиксированную модель — программу, заложенную инженерами, — объясняет Липсон. — Мы же впервые показали, как модель может появиться внутри самого робота. Это делает машины адаптивными на новом уровне, потому что перед ними можно поставить задачу, не заботясь о создании программы для её выполнения. Мы надеемся, что это — выход роботов на следующую ступеньку познания".

Итак, на первом этапе робот "знает", из каких частей он состоит, однако не "понимает", как они устроены и как их использовать для выполнения главной задачи — движения вперёд.

"Сперва робот вообще не знает, на что он похож. Всё, что ему известно, — он может быть змеёй, деревом или чем-нибудь ещё", — поясняет Липсон.

Разобраться в себе машине помогает научный метод: теория — эксперимент — усовершенствованная теория — другой эксперимент, и так далее.

Затем наступает ключевой момент: робот выбирает команды, чтобы получить результат, в зависимости от которого будет оценивать созданную модель. Потом машина выполняет эти команды и пересматривает модель. Это цикл повторяется 16 раз, и в итоге робот пытается сдвинуться с места.

"У машины нет какой-то единой модели себя — у неё одновременно имеется множество вариантов, которые конкурируют друг с другом", — говорит Липсон. В итоге робот вырабатывает неловкую, но вполне функциональную походку, а самым эффективным вариантом пока является способ, при котором робот опирается на "живот", подтягивает своё тело, отталкивается "задними" ногами, переваливается, перекатывается. Трудно описать словами, но это действительно похоже на передвижение морской звезды — смотрите видео на этой странице.

Но вот инженеры удаляют часть одной ноги, и робот, "понимая", что не может двигаться, заново начинает строить и проверять 16 моделей, чтобы "изобрести" новую походку. Во всём этом "Морской звезде" помогает "виртуальная версия самого себя", которую робот строит, чтобы наблюдать собственные движения. Каждый раз, когда машина делает шаг, она обновляет эту модель "на лету" и использует её для следующего шага.

"Роботы на других планетах должны быть в состоянии продолжить свою миссию без человеческого вмешательства в случае, если они повреждены и не могут сообщить о проблеме на Землю", — заметил Бонгард, и с ним трудно не согласиться.