Цивилизация
Даже весьма простые насекомые могут передвигаться по самым разным сложным траекториям, используя шесть своих лапок. Манера ходьбы насекомых меняется в зависимости от того, какие задачи стоят перед двигательным аппаратом: нужно ли двигаться в горку или под горку, медленно или быстро. Достаточно примитивные системы жизнеобеспечения насекомых в таких случаях принимают безошибочные решения.
Смоделировать эти системы и «научить» искусственный механизм рефлексам насекомого — бесспорно, интригующая и интересная задача. Она была успешно решена учеными из Геттингена. Их работу публикует Nature Physics.
«Насекоморобот» может в зависимости от ситуации самостоятельно переключать манеру ходьбы и находить оптимальный вариант.
Модель действительно близка к настоящим насекомым, в том числе своей простотой, в которой ученые и видят залог успеха. Небольшая и довольно примитивная система соединений способна генерировать разнообразие двигательных траекторий, достаточное для преодоления препятствий, используя механизм так называемого «контроля хаоса».
В организме людей и животных периодически повторяющиеся движения – например, хождение или дыхание – контролируются небольшими нервными (рефлекторными) дугами, специально ответственными за генерирование «маршрута». За каждый тип движения отвечает своя дуга. По этому же принципу организованы все движущиеся роботы. Они получают информацию об окружающей среде с нескольких сенсорных датчиков: могут «видеть» препятствие перед собой или склон под «ногами». Анализируя эту информацию, они принимают решение о включении той или иной «рефлекторной дуги».
Однако геттингенский «насекоморобот» не таков. Он способен генерировать совершенно разные движения с помощью всего одной «рефлекторной дуги», она же и переключает между собой движения разного типа. Этот механизм представляет собой очень маленькую цепочку из двух кольцевых элементов. Когда внешний сигнал не подается на этот механизм, он генерирует хаотическую активность «конечностей» робота. Однако этот хаос легко контролируется информацией с сенсоров. Хаотическое движение преобразуется в периодическое, оно и задает маршрут движения. В зависимости от типа сигнала генерируются разные маршруты и типы движения.
Связь между определенным сигналом из внешнего мира и типом движения, задаваемым нервной дугой, может быть как запрограммированной заранее, так и «изученной» в процессе «познания мира».
Так, например, с помощью сенсоров робот опознает появление под «ногами» склона и начинает на него взбираться, используя минимальное количество энергии. Достигая вершины холма, сенсор показывает, что потребление энергии стало слишком большим, и «нервная дуга» меняет тип движения. После того как правильная манера ходьбы хотя бы один раз была связана с теми или иными показаниями датчиков, робот включает ее автоматически при попадании в сходные условия. Во второй раз взобраться на холм уже значительно легче – нет необходимости искать методом проб и ошибок оптимальный тип движения.
Робот может двигаться по самым разным схемам. Он может избегать угрозы сзади, выбираться из «ям», а также избегать шумного врага.
В будущем у робота появится «память», чтобы он смог передвигаться по знакомым ландшафтам даже тогда, когда сенсоры откажут. Это также позволит ему комбинировать информацию о нескольких раздражителях в окружающей среде, существующих одновременно.
Работа носит междисциплинарный характер: в ней приняли участие специалисты по компьютерной неврологии и физики-теоретики.