Цивилизация
Наблюдение за работой термитов вдохновило американских ученых на создание разумных роботов, способных объединяться в команду для возведения сложных трехмерных конструкций. Создание этих роботов, ставшее результатом четырехлетней работы, удостоилось публикации статьи в авторитетном научном журнале Science.
Миллионы термитов, обитающих на равнинах Намибии, знамениты строительством земляных башен высотой до 3 метров, которые служат своеобразными легкими их подземных колоний.
В течение года строительства башни рождаются и умирают тысячи термитов, постройку разрушают ветра и дожди, однако строительство столь важной для колонии конструкции не прекращается ни на минуту. Вдохновленные выносливостью и коллективным разумом термитов, ученые из Гарвардской школы машиностроения и прикладных наук создали команду автономных роботов-строителей, получивших название TERMES.
Этим рабочим не нужны надсмотрщик и даже связь друг с другом: для постройки необходимо любое число роботов, которые сотрудничают друг с другом, преобразуя окружающую их среду.
Роботы TERMES на практике доказали утверждение, что системы, состоящие из сложных коллективов роботов, могут строить сложные трехмерные структуры без участия руководителя и без предварительного распределения ролей. Роботы продемонстрировали способность строить башни, замки и пирамиды из выполненных на основе промышленной пены специальных кирпичей, возводить перед собой лестницы, чтобы подниматься выше и выше, и устанавливать новые блоки там, где это необходимо.
«Главное, чем вдохновили нас термиты, — это идея того, что вы можете делать что-то действительно сложное в составе группы, без руководителя. Второе — вы можете это делать без того, чтобы каждый рабочий детально обсуждал, что происходит, а просто изменял окружающее пространство», — пояснила главный создатель роботов Радхика Нагпал.
Сегодня большинство возводимых людьми конструкций строятся профессиональными натренированными строителями, у которых есть иерархическая организация, поясняет соавтор работы Джастин Верфель. «Обычно в самом начале у вас есть проект и детальный план того, что надо делать, и бригадир руководит своей командой, наблюдая за ней, — говорит он. — В колониях насекомых не бывает, чтобы королева давала всем индивидуальные инструкции.
Ни один термит не знает, что делают другие и в каком состоянии сейчас вся башня».
Вместо этого термиты пользуются стратегией, называемой стигмергией, — скрытой формой коммуникации: насекомые наблюдают за тем, какие изменения вокруг производят их коллеги, и принимают соответствующие решения.
Это поведение и воплотили в роботах их создатели, продемонстрировав впечатляющие результаты. Каждый робот занимается строительством параллельно с другими, однако не зная, кто в данный момент занимается тем же. Если один из роботов выбывает из процесса, то это не затрагивает работу других. Это означает, что одни и те же инструкции могут выполняться одновременно хоть пятью роботами, хоть пятью сотнями роботов.
«Когда вместе собираются много исполнителей, будь то термиты, пчелы или роботы, они часто демонстрируют высокоорганизованное поведение, которое нельзя предсказать, наблюдая за отдельными компонентами», — пояснил Вефель.
В отличие от роботов TERMES, многие аналогичные роботизированные системы требуют некого центрального управления. Часто они полагаются на некий «глаз в небе», который наблюдает за всем процессом и подсказывает различные действия. Это помогает увеличить эффективность группы, но, когда масштабы строительства и число роботов растут, ими становится трудно управлять. В удаленных от оператора или опасных условиях центральное управление может оказаться ахиллесовой пятой всей системы.
В будущем отряды роботов, подобных TERMES, смогут возводить без участия человека дамбы из мешков с песком, чтобы предотвращать наводнения, или несложные конструкции на Марсе.