В 1937 году наша страна жила в высшей степени разнообразной жизнью, не сводимой к каким-то простым и однозначным описаниям. Скажем, в Ленинграде и Харькове открывались Дворцы пионеров. И в рабочей Туле, вслед за столицами – первое издание Малой Советской Энциклопедии называет Харьков «республиканским центром УССР – детям отдали расположенное рядом с кремлем бывшее здание городской Думы. В индустриальную эру там работали авиамодельные, автомобильные и радиокружки, а теперь, пробегая по улице Зои Космодемьянской, можно увидеть объявление о кружке «Бионики – моделирования роботов».

Итак, бионика оказывается тесно связанной с робототехникой уже на уровне внешкольной педагогики (или как там оно принято нынче называть…). Почему же так происходит? Ведь во времена индустриальной эпохи, в тогдашних технических кружках, было принято говорить о том, что ноги первого паровоза были ошибкой, ну а летает человек на самолетах и вертолетах, отнюдь не копируя птиц. А дело состоит в том, что индустрия, удовлетворив массовые потребности в однородных продуктах, производимых по массовым технологиям, подошла теперь к «накрытию» мелких «экологических ниш».

Тех самых, в которых живут-поживают различные биологические существа (благо и термин «экологическая ниша» пришел в общую лексику именно из биологии). Которых – в целом или по отдельным органам – и предлагает копировать инженерная дисциплина бионика (в английском термин bionics употребляется с 1960 года, примерно тогда же он пришел и в русский). В шестидесятые годы термин уже дошел до научно-популярной – в том числе и детской – литературы, ну а сейчас приходит пора его практического применения в промышленных масштабах.

Итак, зачем же нам надо копировать живые существа? Да потому, что эти белковые машины превосходно приспособлены для функционирования в тех самых «экологических нишах», о которых идет речь. Ходить там, где нет асфальтированных дорог. Летать, маневрируя, в ограниченных и загроможденных объемах – любимый Голливудом пролет под мостами или между небоскребами весьма убог по сравнению с тем, что выделывает вылетевший из стояка комар, пытающийся уйти от справедливого возмездия в виде бумажной газеты…

А почему эти самые белковые машины столь хорошо приспособлены для работы в своих биологических нишах? Ну, когда-то, до начала девятнадцатого столетия, бытовало мнение, что происходит это из-за того, что Творец создал, скажем, малярийного комара, приспособив его наилучшим образом именно к распространению малярии. Скажем, Чарльз Дарвин в университете должен был учить – ну, во всяком случае, в программе-то она была – такую дисциплину, как «Естественное богословие», по единому учебнику William Paley “Natural Theology”, 1802.

Только вот беда – вскоре после этого от данной доктрины отказались. Причем – отказались в первую очередь богословы Западной церкви. Излагать взгляды Шлейермахера и его учеников тут не место – скажем лишь, что еще Дуглас Адамс в своих рассуждениях о «Вавилонской рыбке» пародировал систему доказательств приверженцев «Естественного богословия». А потом и ученые обзавелись катастрофизмом, ламаркизмом, дарвинизмом, генетикой, Синтетической Теорией Эволюции…

Реклама на Компьютерре

То есть, если сейчас мы намерены копировать живые существа, то мы должны понимать, что речь идет о копировании того, что создала эволюция. То есть – о копировании результатов слепого процесса. Именно слепого и ни к чему не направленного – над «телеологией», учением о направленности эволюции, цинично измывался еще профессор Челленджер у сэра Артура Конан Дойля, уличая в невежестве наглого журналиста Мэлоуна… Так подобает ли наделенному разумом инженеру копировать бессмысленную природу, творящую «игрой в рулетку»?

Именно так. Дадим слово палеонтологу и писателю Кириллу Еськову, его книге «Удивительная палеонтология». Вот “…биохимик Г. Кастлер (1966), проанализировавший поведение системы нуклеиновых кислот в рамках теории информации. Он пришел к выводу, что новая информация возникает в системе, только если в ней происходит случайный выбор («методом тыка») с последующим запоминанием его результатов, а не целенаправленный отбор наилучшего варианта. В последнем случае можно говорить лишь о реализации той информации, что заложена в систему изначально, т.е. о выделении уже имеющейся информации из «шума». “

То есть природа создает свои конструкции «вслепую». Но уважаемые читатели, те из вас, кто знаком с принципами функционирования систем автоматизированного проектирования, не напоминает ли это вам нечто? А именно – принципы работы САПР. Сначала – структурный синтез, выбор общей структуры конструкции с последующим отбором методом имитационного моделирования и запоминанием удовлетворяющих требованиям техзадания результатов. Затем – параметрический синтез, выбор параметров системы, размерных цепочек там, допусков и посадок…

Давайте вспомним, что автоматизированное проектирование – как и проектирование вообще – является, подобно эволюции, немарковским процессом. Скажем, рисуя летательный аппарат, и получив изначально задание на вертолет, мы не можем дальше вернуться к самолету, хоть и с высокой реактивностью крыла и короткой взлетной полосой. Хотя добавить вертолету вспомогательные плоскости можем вполне… И перебор структур и параметров в САПР очень часто осуществляется методом Монте-Карло.

Так что мы можем сказать, что «История Земли и жизни на ней» с точки зрения инженера, балующегося бионическим конструированием, может рассматриваться как гигантская САПР, запущенная на гигантской «системе физического моделирования». Методом Монте-Карло осуществляются структурный и параметрический синтезы. Затем, моделированием – самым надежным, натурным! – осуществляется проверка соответствия конструкции на требования технического задания. Жизнеспособные дают потомство, передавая в будущее полезные конструкторские решения, нежизнеспособные обходятся без этого, все всё равно идут в тот биореактор, которым является биосфера.

А теперь – в соответствии с вечно живым дедуктивным учением Шерлока Холмса – посмотрим на то, как все изложенное реализуется на практике. Вот инженер Хауи Шозе (Howie Choset) из Университета Карнеги-Меллон. И вот робот Elizabeth, созданный им для вполне конандойлевского или райдерхаггардовского дела – поиска археологических артефактов в египетских пещерах. Для робота – структурный синтез! – изначально была выбрана форма змеи, идеально подходящая для ползания в узостях.

Робот-змея Elizabeth не смогла превзойти археологические достижения лорда Карнарвона…
Робот-змея Elizabeth не смогла превзойти археологические достижения лорда Карнарвона…

Поскольку пост-индустриальная эпоха строится на прочном фундаменте эпохи индустриальной, то робот-змея был сделан по модульному принципу, из стандартных модулей. Только вот маленькая деталь – в ходе начавшихся года три назад испытаний выяснилось, что сокровищ фараонов киберзмей создателям вовсе не собирается приносить. И вовсе не из жадности и своекорыстия – просто он не умеет ползать по песчаным холмикам, в изобилии водящимся в пещерах изобильного пустынями Египта. Песок-то, хоть и состоит из твердых частиц, часто подобен жидкости (не говоря уже о зыбучих песках…).

Модульная конструкция змеи унаследована от индустриальной эпохи.
Модульная конструкция змеи унаследована от индустриальной эпохи.

Поэтому, пригласив к продолжению работ физика Даниэля Голдмана (Daniel Goldman), Шозе решил заняться бионикой. Отправившись в пустыню Юма (штат Аризона), ученые начали наблюдать за движениями гремучих змей вида рогатый гремучник (Crotalus cerastes), ловко ползающих по барханам. Полдюжины рептилий были отловлены и отправлены в зоопарк Атланты, где для них соорудили искусственную дюну, по которой гремучники ползали в свое удовольствие и к пользе для науки.

В результате выяснилось, что, попав на дюну, рогатый гремучник начинает резко увеличивать длину соприкосновения одного из изгибов своего туловища с песком, что и позволяет ему успешно двигаться вверх, избегая пробуксовки. Такая вот параметрическая адаптация! Которая была скопирована и в роботе-змее Elizabeth, научившейся в результате ползать по барханам. То есть – конструкторы использовали те возможности параметрического синтеза, который осуществила природа за десятки лет эволюции, и те возможности натурного моделирования (к которым компьютерам и не приблизиться) которые предоставляет беспощадный естественный отбор.
Посмотреть ролик можно здесь.