Пакуль карыстальнікі чакаюць нашэсця сабак Robot dynamics, інжынеры разглядаюць насякомых ды іншых казурак: падглядаючы за прыродай, навукоўцы і робататэхнікі вучацца ўзнаўляць тое, што выдатна працуе ўжо мільёны гадоў у асяроддзі, якое пастаянна змяняецца. Як мухі, крабы і павукі рухаюць робатабудаванне наперад?
Пакуль карыстальнікі чакаюць нашэсця сабак Robot dynamics, інжынеры разглядаюць насякомых ды іншых казурак: падглядаючы за прыродай, навукоўцы і робататэхнікі вучацца ўзнаўляць тое, што выдатна працуе ўжо мільёны гадоў у асяроддзі, якое пастаянна змяняецца. Як мухі, крабы і павукі рухаюць робатабудаванне наперад?
Навукоўцы з амерыканскага ўніверсітэта Райса заняліся мозгам пладовых мушак — тых, што прылятаюць на пах сапсаванай ежы. Для эксперымента мухі былі генетычна мадыфікаваныя. Даследчыкі прыдумалі хітры механізм, каб кіраваць членістаногімі: яны выкарыстоўвалі чуллівы на цяпло іонны канал у нейронах мух. Калі рэцэптары ўспрымалі цяпло, адбывалася актывацыя гэтых нейронаў, якія прымушалі мух выпростваць крылы. Звычайна такі жэст звязаны ў гэтых насякомых са спарваннем.
Трыгерам для ўключэння нейронаў выступілі наначасціцы аксіду жалеза — іх увялі мухам у мозг. Пры ўключэнні магнітнага поля часціцы награваліся і актывавалі нейроны.
Гэты эксперымент можа дапамагчы аднавіць зрок у некаторых пацыентаў шляхам стымуляцыі зрокавай зоны кары галаўнога мозга, не закранаючы пры гэтым вочы.
Раней такія эксперыменты ўжо праводзіліся на мышах: навукоўцы шукаюць спосабы лячэння рухальных парушэнняў у людзей, прычыны якіх таксама крыюцца ў мозгу.
Бывае, што вынаходзіць нічога не трэба — варта толькі падгледзець, што ўжо прыдумала прырода. Дзіўны механізм, які прыводзіць у рух канцавіны павукоў, навёў навукоўцаў на цікавую ідэю. Яго можна параўнаць з «гідраўлікай», для кіравання якой у членістаногіх ёсць адмысловы орган у пярэдняй частцы цела. Ён прымушае канцавіны скарачацца і расслабляцца. Навукоўцы з Універсітэта Райса назбіралі мёртвых павукоў і распрацавалі спосаб прымусіць іх паўтараць такія рухі. Даследчыкі нават прыдумалі назву для гэтай галіны даследаванняў — «некрабоціка» (necrobotics).
Біёлагі ўвялі ў прасому — частку цела павука, што адказвае за тую самую гідраўліку, — іголку, якую прымацавалі з дапамогай клею. У камеру прасомы пачалі ўводзіць і адпампоўваць паветра — так канцавіны мёртвага павука сталі рухацца. У выніку павукі падымалі аб’екты, якія на 130% перавышаюць вагу саміх павукоў. Навукоўцы адзначылі, што аднаго павука хапае прыкладна на 1000 цыклаў адчынення/зачынення, потым тканкі пачынаюць дэградаваць. Для павелічэння тэрміну службы канцавін даследчыкі хочуць выкарыстоўваць палімеры. Навукоўцы кажуць, што задума з некрабоцікай мае цалкам прыкладное значэнне: тэхналогія можа быць карысная пры перамяшчэнні і мантажы дробных прадметаў пры зборцы мікраэлектронікі.
Робататэхніка можа сяму-таму навучыцца ў членістаногіх. Асабліва калі навукоўцы хочуць ствараць малюсенькія аб’екты са штучным інтэлектам, здольныя рухацца, планаваць і супрацоўнічаць адзін з адным. Напрыклад, нідэрландскія навукоўцы дапамаглі распрацаваць маленькіх дронаў, якія выяўляюць уцечкі газу ў будынках. Назіраючы за насякомымі, даследчыкі з Вашынгтонскага ўніверсітэта стварылі лятаючага робата з парай крылаў, не нашмат цяжэйшага за зубачыстку, які здольны ўзлятаць і прызямляцца.
Малюсенькія памеры і простая электроніка робяць такіх робатаў таннымі і патэнцыйна карыснымі: пры пошуку людзей, назіранні і нават апыленні кветак.
Галоўнай перашкодай для даследаванняў застаецца памер гэтых робатаў: усё, што захочацца, нельга змясціць у адной прыладзе. Многія сучасныя нейронныя сеткі не змогуць працаваць на такіх маленькіх робатах. Нават самыя маленькія працэсары, здольныя запускаць такія мадэлі, цяпер занадта цяжкія і энергазатратныя для невялікіх лятучых робатаў. І задача даследчыкаў — зрабіць іх як мага меншымі і лягчэйшымі.
Нейраморфны чып Intel Loihi прыводзіць у дзеянне мадэль нейроннай сеткі для кіравання лятаючымі робатам. Неабавязкова ўжываць адразу сучаснае складанае праграмнае забеспячэнне на новым абсталяванні. Рэальны прагрэс будзе дасягнуты, калі новыя алгарытмы і мадэлі будуць здольныя працаваць на энергаэфектыўным абсталяванні і змогуць узнаўляць паводзіны насякомых. Бо перавага мух і жукоў — у выкарыстанні простых, але надзейных рашэнняў для эфектыўных паводзін у складаных, дынамічных, часам і ў варожых умовах.
Беспілотнікі сталі галаўным болем аэрапортаў у розных краінах: праз лятаючыя паблізу апараты даводзіцца адмяняць рэйсы. Сучасныя сістэмы выкарыстоўваюць візуальныя, слыхавыя або інфрачырвоныя датчыкі, але гэтыя тэхналогіі даюць збоі ва ўмовах дрэннай бачнасці або шуму.
Дапамагчы выявіць дроны могуць мухі, дакладней іх вочы. Аўстралійскія навукоўцы распрацавалі візуальную сістэму, якую падгледзелі ў журчалак — паласатых мух, якіх можна зблытаць з асой.
Журчалкі звычайна кружляюць вакол кветак і маюць неверагодна востры зрок і хуткую рэакцыю. Гэтым яны абавязаныя будове сваіх складаных вачэй, якія ўспрымаюць шмат рознай інфармацыі адначасова. Галоўная асаблівасць візуальнай сістэмы журчалак — здольнасць аддзяляць рэлевантныя сігналы ад бессэнсоўнага шуму, што можа спатрэбіцца ў выяўленні дронаў.
Многія жывёлы валодаюць падобнай эфектыўнай сістэмай, але просты мозг мух — і, як вынік, прастата яго даследавання, — робіць насякомых асабліва карыснай мадэллю для эксперыментаў.
Каманда навукоўцаў выдаткавала больш за 10 гадоў, каб старанна вывучыць нейронныя шляхі, якія злучаюць вочы журчалак і іх мозг.
Распрацаваны на аснове мушыных вачэй алгарытм штучнага інтэлекту выяўляе беспілотнікі на адлегласці да 50% далейшай, чым існыя алгарытмы. Сакрэт заключаецца ў спектаграмах: даследчыкі ўводзілі не візуальныя даныя ў алгарытм, а візуальныя прадстаўленні гуку. Спектаграмы стваралі на аснове акустычных даных, запісаных на вольным паветры падчас лёту дронаў. Так штучны інтэлект навучыўся аддзяляць шум ад ледзьве ўлоўных рэальных гукаў дронаў.
Часам бываюць прарывы, якія ўражваюць. Каманда даследчыкаў Паўночна-Заходняга ўніверсітэта ЗША стварыла малюсенькага робата-краба, які можа змясціцца на краі манеты.
Міліметровы краб — самы маленькі робат з дыстанцыйным кіраваннем, створаны чалавекам. Ён можа хадзіць, поўзаць, паварочвацца, скакаць, згінацца і круціцца. Інавацыйны матэрыял, з якога зроблены краб, валодае памяццю і пры награванні вяртаецца ў першапачатковую форму.
Стварыць падобны механізм навукоўцам дапамаглі дзіцячыя кніжкі-раскладанкі. Інжынеры выкарыстоўваюць лазерны прамень для нагрэву робата ў пэўных месцах, прымушаючы краба рухацца. Таксама лазер скануе і кантралюе кірунак, у якім робат перамяшчаецца. Памер робата падмагае даследчыкам: паколькі структуры малюсенькія, хуткасць астуджання матэрыялу вельмі высокая — і краб можа даволі спрытна рухацца. Навукоўцы заяўляюць, што могуць ствараць хадзячых робатаў практычна любых памераў і формаў. Мікраробаты перспектыўныя ў машынабудаванні і медыцыне: яны могуць займацца зборкай невялікіх механізмаў або знішчаць ракавыя пухліны.
Рэлацыраваліся? Цяпер вы можаце каментаваць без верыфікацыі акаўнта.