Посмотрите на робота Atlas от Boston Dynamics выполняющего тренировочные упражнения или на новейших гуманоидов от Figure загружающих стиральную машину, и вы легко поверите, что революция в робототехнике уже наступила. Со стороны кажется, что единственная оставшаяся проблема — это совершенствование программного обеспечения ИИ (искусственного интеллекта), чтобы эти машины могли работать в реальных условиях.
Но крупнейшие игроки отрасли знают, что проблема гораздо глубже. В недавнем обращении к партнёрам по исследованиям подразделение робототехники Sony указало на основную проблему, сдерживающую развитие его собственных машин.
В нём отмечается, что современные человекоподобные роботы и роботы, имитирующие животных, имеют «ограниченное количество суставов», что создаёт «несоответствие между их движениями и движениями объектов, которых они имитируют, что значительно снижает их… ценность». Sony призывает к созданию новых «гибких структурных механизмов» — по сути, более интеллектуальных физических тел — для создания динамичных движений, которых сейчас не хватает.
Основная проблема заключается в том, что гуманоидные роботы, как правило, разрабатываются на основе программного обеспечения, которое централизованно управляет всеми процессами. Такой подход, при котором «мозг на первом месте», приводит к созданию физически неестественных машин. Спортсмен двигается грациозно и эффективно, потому что его тело — это симфония подвижных суставов, гибкого позвоночника и пружинистых сухожилий. Гуманоидный робот, напротив, представляет собой жёсткую конструкцию из металла и двигателей, соединённых суставами с ограниченной степенью свободы.
Чтобы справиться с весом и инерцией своего тела, роботы должны каждую секунду совершать миллионы крошечных энергозатратных корректировок, чтобы не упасть. В результате даже самые продвинутые гуманоиды могут работать всего несколько часов, прежде чем их аккумуляторы разрядятся.
Для сравнения: робот Optimus от Tesla потребляет около 500 Вт энергии в секунду при обычной ходьбе. Человек выполняет более интенсивную ходьбу, затрачивая всего около 310 Вт в секунду. Таким образом, робот тратит почти на 45 % больше энергии для выполнения более простой задачи, что является значительным показателем неэффективности.
Уменьшающаяся отдача
Значит ли это, что вся отрасль идёт по неверному пути? Если говорить об их основном подходе, то да. Неестественные тела требуют суперкомпьютерного мозга и армии мощных исполнительных механизмов, которые, в свою очередь, делают роботов тяжелее и энергозатратнее, усугубляя ту самую проблему, которую они пытаются решить. Прогресс в области искусственного интеллекта может быть ошеломляющим, но он приводит к снижению отдачи.
Например, робот Optimus от Tesla достаточно умён, чтобы сложить футболку. Однако эта демонстрация на самом деле показывает его физическую слабость. Человек может сложить футболку, не глядя на неё, используя осязание, чтобы почувствовать ткань и скорректировать движения.
Оптимус с его относительно жёсткими руками, лишёнными датчиков, полагается на своё мощное зрение и искусственный интеллект, чтобы тщательно планировать каждое движение. Скорее всего, он потерпел бы поражение из-за смятой рубашки на неубранной кровати, потому что его телу не хватает физического интеллекта, чтобы адаптироваться к непредсказуемому состоянию реального мира.
Новый полностью электрический Atlas от Boston Dynamics впечатляет ещё больше: диапазон его движений кажется почти невероятным. Но чего не показывают вирусные видеоролики с акробатическими трюками, так это того, чего он не может. Например, он не может уверенно идти по замшелому камню, потому что его ноги не чувствуют поверхность и не подстраиваются под неё. Он не может пробраться сквозь густые заросли, потому что его тело не может сгибаться, а затем выпрямляться.
Вот почему, несмотря на годы разработок, эти роботы в основном остаются исследовательскими платформами, а не коммерческими продуктами.
Почему лидеры отрасли до сих пор не придерживаются этой иной философии? Одна из вероятных причин заключается в том, что ведущие компании в сфере робототехники — это в первую очередь компании, занимающиеся программным обеспечением и искусственным интеллектом, которые специализируются на решении проблем с помощью вычислений. Их глобальная цепочка поставок оптимизирована для поддержки высокоточных двигателей, датчиков и процессоров.
Для создания физически интеллектуальных корпусов роботов требуется иная производственная экосистема, основанная на передовых материалах и биомеханике, которая пока недостаточно развита для масштабного применения. Когда аппаратное обеспечение робота выглядит настолько впечатляюще, возникает соблазн поверить, что следующее обновление программного обеспечения решит все оставшиеся проблемы, вместо того чтобы браться за дорогостоящую и сложную задачу по перепроектированию корпуса и цепочки поставок, необходимой для его создания.
Автономные органы
Эта задача находится в центре внимания механического интеллекта (МИ), который исследуется многочисленными группами учёных по всему миру, в том числе моей командой в Лондонском университете Саут-Бэнк. Это связано с тем, что миллионы лет назад природа создала совершенные разумные тела. Они были основаны на принципе, известном как морфологическая вычислимость, то есть тела могут автоматически выполнять сложные вычисления.
В засушливых условиях чешуйки сосновой шишки раскрываются, чтобы выпустить семена, а во влажной среде закрываются, чтобы защитить их. Это чисто механическая реакция на влажность, не требующая участия мозга или мышц.
Сухожилия в лапах бегущего зайца действуют как «умные» пружины. Они пассивно поглощают ударную волну, когда лапа касается земли, и высвобождают энергию, делая походку зайца устойчивой и эффективной, не требуя от мышц больших усилий.
Подумайте о человеческой руке. Ее мягкая плоть обладает пассивным интеллектом, позволяющим автоматически приспосабливаться к любому предмету, который она держит. Наши кончики пальцев действуют как умный лубрикатор, регулируя влажность для достижения идеального уровня трения для любой конкретной поверхности.
Если бы эти две функции были реализованы в руке Оптимуса, он мог бы удерживать предметы, затрачивая гораздо меньше сил и энергии, чем сейчас. Сама кожа стала бы компьютером.
Инженерия пассивной адаптации заключается в проектировании физической структуры машины таким образом, чтобы она могла пассивно адаптироваться к окружающей среде, то есть реагировать на неё без использования активных датчиков, процессоров или дополнительной энергии.
Чтобы выбраться из ловушки гуманоидов, нужно не отказываться от амбициозных форм, а создавать их в соответствии с этой иной философией. Когда тело робота обладает физическим интеллектом, его искусственный интеллект может сосредоточиться на том, что у него получается лучше всего: на высокоуровневой стратегии, обучении и более осмысленном взаимодействии с миром.
Исследователи уже доказывают эффективность этого подхода. Например, роботы с пружинистыми ногами, имитирующими сухожилия гепарда, которые накапливают энергию, могут бегать с поразительной эффективностью.
Моя собственная исследовательская группа занимается, помимо прочего, разработкой гибридных шарниров. Они сочетают в себе высочайшую точность и прочность жёсткого соединения с адаптивными, амортизирующими свойствами податливого соединения. Для гуманоидного робота это может означать создание плеча или колена, которые двигаются почти как у человека, обеспечивая несколько степеней свободы для достижения сложных, реалистичных движений.
Будущее робототехники — не в противостоянии аппаратного и программного обеспечения, а в их синтезе. Внедрив искусственный интеллект, мы сможем создать новое поколение машин, которые наконец-то смогут уверенно выйти за пределы лаборатории и попасть в наш мир.
