С того момента, когда человек начал обзаводится технологиями, у него появилась нужда в подъёмно-транспортных механизмах. В том числе и таких, которые способны двигаться по пересечённой местности и совершать манипуляции с грузами различной массы и габарита, желательно с большой точностью. И одним из таких механизмов оказался слон: умный и сильный Хатхи из «Книги джунглей» Редьярда Киплинга прочно вошёл в коммерческую мифологию. Ну а ныне рабочим хоботом обзаводятся и роботы.

Была когда-то, приблизительно в 3300–1300 годы до н. э., ещё до нашествия ариев, в долине Инда могучая цивилизация. Ныне зовут её Хараппской или Индской. Обитало в её городах, крупнейшими из которых считают Хараппу, Лотхал и Мохенджо-Даро, около пяти миллионов человек. Ну а территория, охваченная Индской цивилизацией, значительно превышала те, что контролировались её «сверстницами» — Египтом и Шумером.

Английские археологи, начавшие раскапывать её города в конце девятнадцатого — начале двадцатого века, обнаружили там немало интересного. Развитая ирригационная система, обеспечивающая нужды земледелия; городские системы водоснабжения и канализации; общественные туалеты; двухэтажные дома; мощные фортификационные сооружения… Вся эта инфраструктура требовала большого объёма строительных работ, которые во все времена неизбежно связаны с перемещением больших объёмов и масс грузов.

И для облегчения процесса подъёмно-транспортных работ жители долины Инда пошли оригинальнейшим путём, уникальным как для великих цивилизаций древности, так и для современности. Там начали приручать и обучать работе индийских слонов (Elephas maximus), единственного выжившего вида из некогда многообразного рода азиатских слонов (Elephas). Уникальность слона в числе прочих домашних животных состоит в том, что он не просто транспортное, но ещё и подъёмно-транспортное средство, на стопоходящей платформе которого размещён довольно универсальный манипулятор — хобот.

Индийские слоны (Elephas maximus) и ныне трудятся на благо человека.
Индийские слоны (Elephas maximus) и ныне трудятся на благо человека.

Слон — это примерно как современный полноприводной грузовичок с грузовой стрелой, возлюбленный нынешними сборщиками щитовых домиков. Только лучше: он стопоходящ, так что может пройти по самой пересечённой местности. И способен, как клеточные автоматы фон Неймана, самовоспроизводиться. Грузовички-то — не размножаются и не самовосстанавливаются, их производит завод. Им нужны запчасти. А у слонов этих ограничений нет: рухнула Индская цивилизация, покрылись наносами поля, затянулись лесами её города, а слоны продолжали служить жителям лесных деревушек.

Причём служили настолько успешно, что это производило впечатление даже на европейцев эпохи первой промышленной революции и империализма. Бельгийский король Леопольд II, один из самых беспощадных колониальных властителей, деятельность которого ужасала современников и восхищает нынешних либералов, пытался приставить к делу бесполезно бродящих африканских слонов (Loxodonta) и организовал для этой цели в 1899 году Центр Кира Вунга, занявшийся доместикаций слонов. Работы эти длились до 1932 года, когда империализм начал уступать место фашизму — и стало не до патриархальных забав.

Ну а теперь к примеру слонов обращаются инженеры («Вернём бионику?»). Рассказывать ещё раз аудитории «Компьютерры» о стопоходящих машинах, производителя которых приобрела Google, нет нужды, об этом мы говорили подробно («Стопоходы будущего, или Зачем Google купила Boston Dynamics»). И «мягкие», из гибкой пластмассы и пневмополостей, манипуляторы мы описывали. («Почему мягкому роботу нужен высокий IQ, чтобы трудиться физиотерапевтом?») Ну а теперь в поле зрения конструкторов попала такая вещь, как слоновый хобот.

Занялись копированием рабочего инструмента хатхи инженеры из германской фирмы Festo, известного производителя промышленной (особенно пневматической) автоматики. Именно они в рамках программы Bionic Learning Network, направленной на сотрудничество с университетами и знакомство будущих специалистов с методам бионики, и создали несколько лет назад первый прототип «робота хоботатого», который широко демонстрировался публике, в том числе и жмущим руку фрау канцлерин Меркель: в пиаре германцы сильны ещё со времён грюндерства!

Пиариться Festo умеет, демонстрируя своих робострекоз на высшем уровне.
Пиариться Festo умеет, демонстрируя своих робострекоз на высшем уровне.

Но изначальный робот-хобот был всего лишь демонстратором технологии, свидетельством правильности концепции. А препятствием к его практическому использованию была сложность программирования и управления им. Мы уже рассказывали, что многозвенная конструкция с большим количеством гибких звеньев, имеющая большее число степеней свободы, требует очень большого объёма вычислений для управления им. («Почему мягкому роботу нужен высокий IQ, чтобы трудиться физиотерапевтом?») А это влечёт большую сложность программирования.

Но теперь «хобот» от Festo интенсивно доводится до стадии практического использования. Прежде всего за счёт того, что применён принципиально новый подход к его программированию, который можно назвать самообучением. Дело в том, что робот теперь не столько программируется заранее, сколько формирует нужный для работы массив данных в процессе приспособления к окружающему миру. Примерно так же, как приспосабливается к этому миру ребёнок.

Итак, робот от Festo, которого можно увидеть на этом видео, представляет собой одно из интереснейших экспериментальных устройств революции «умных» машин. Прежде всего — технология. Он большей частью состоит из сегментов, отпечатанных на 3D-принтере. Это, конечно, ещё не самовоспроизведение, но ведь и 3D-принтер в немалой степени может ныне печататься на самом 3D-принтере… Не жизнь ещё, конечно, и пока даже не квазижизнь, но маленький шажок к ней в области технологии.

А в действие этот «хобот» приводится пневматическими мышцами — что, с одной стороны, обеспечивает ему небывалую гибкость, а с другой — делает задачу управления им куда более сложной, чем у нынешних «жёстких» промышленных роботов, четырёх–шестишпиндельных. Так что управлять хоботом нужно в куда более многомерном функциональном пространстве, чем жёсткой рукой. И поэтому Йохан Стайл (Jochen Steil) инженер-системщик из Билефельдского университета в германской земле Северный Рейн — Вестфалия, пошёл другим путём.

Он обучает «хобот» примерно так же, как учится ползать, а затем и ходить ребёнок, как он формирует моторные навыки. Процесс назвали целевым лепетом («goal babbling») — в подражание тому методу проб и ошибок, которым пользуется дитя. Совершает движение, спотыкается, падает, движется по-другому, запоминает положение мышц при удачном движении. Точно так же «хобот» запоминает состояние клапанов и режимов подачи воздуха, приводящего в действие его пневматические «мышцы».

Самообучение пневмомышц позволяет «хоботу» совершать самые точные движения.
Самообучение пневмомышц позволяет «хоботу» совершать самые точные движения.

Это делается сначала для отдельных, относительно простых движений (как у Лема в «Солярисе» скопированный Океаном гигантский младенец совершает движения отдельными группами мышц). Потом эти движения запоминаются, классифицируются, сводятся в группы. Из них можно выбирать то, что нужно для точного совершения движений все большей и большей сложности. Скажем — ввернуть лампочку или сорвать с лещины лесной орех.

Так что мы видим, как в одном устройстве сошлись воедино сразу несколько современных технологий — робототехника, 3D-печать, самообучение машины процедурным навыкам. Пока всё это ещё заточено в лаборатории и описывается научно-популярными изданиями, но в ближайшие годы имеет прекрасные шансы проникнуть в заводские цеха и на склады транспортных и дистрибьюторских компаний, в очередной раз изменив мир.