Японцы научили амебоидных роботов управляться без мозга
Выстроенные в Стране восходящего солнца автомобили смогут похвастать примитивным подобием сенсорной совокупности, умением и мягким телом целенаправленно передвигаться на манер слизевиков, вытягивая края собственной «капли протоплазмы».
Робот Slimy – это исследовательский проект, появившийся на биологии и стыке инженерии. Его ведущий создатель Такуя Умедати (Takuya Umedachi) из университета Хиросимы вдохновлялся необычными свойствами слизевика Physarum polycephalum, неоднократно становившегося предметом изучений.
В частности, более десятка лет назад доктор наук Тосиюки Накагаки (Toshiyuki Nakagaki) узнал, что необычное одноклеточное владеет неким примитивным подобием интеллекта, поскольку находит оптимальный путь из лабиринта к источнику пищи.
За эту работу в 2008 году Накагаки взял Игнобелевскую премию.
Накагаки сейчас трудится в университете будущего Хакодате (FUN) и продолжает испытания с миксомицетами.
Доктор наук говорит, что клетки слизевиков выполняют собственного рода обработку информации, дабы оптимизировать маршрут к пище, попутно избегая света (что может повредить их) (фотографии physorg.com, Toshiyuki Nakagaki, Nature, AFP).
Более того, ещё через несколько лет «под управлением» Тосиюки тот же миксомицет P. polycephalum удачно решил комбинаторную задачу и воспроизвёл карту токийской железной дороги.
Так храбрый новатор (Накагаки, очевидно, а не слизевик), получил собственную вторую Шнобелевку (2010 года).
Слизевики — грибоподобные наземные организмы — способны разгоняться до скорости в 0,4 миллиметра в 60 секунд (фотографии Frankenstoen, Jerry Kirkhart/ flickr.com).
Эти забавные только на поверхностный взор работы биологов побудили Умедати детальнее разобраться со свойствами миксомицетов и попытаться смоделировать их средствами робототехники. Любопытно, что в этом новом изучении участвовал и Тосиюки Накагаки.
За последние годы Такуя выпустил много научных работ, посвящённых мягким роботам, выстроенным по правилам биомиметики.
Базу робота Slimy образовывает эластичный полимерный баллон, заполненный жидкостью и имитирующий плазмодий (многоядерное плодовое тело слизевика).
Внешняя «кожа» механического миксомицета составлена из комплекта «единиц контроля трения» (FCU), связанных между собой пружинками (RTS), в каковые встроены датчики упрочнения и маленькие линейные электроприводы.
В донышке каждого модуля FCU имеется электромагнит, включая и выключая что, единица может закрепляться на плоскости, как якорь, либо двигаться вольно.
Меняя освобождение и растягивание пружинок с отключением и закреплением якорей, робот может двигаться в нужном ему направлении, приблизительно так же, как слизевик движется в сторону пищи – выбрасывая часть протоплазмы вперёд и потом подтягивая отстающую порцию.
Наряду с этим ответственным причиной делается неизменность массы протоплазмы (плазмодий вытягивается и сжимается, но сохраняет стабильным собственное содержимое).
По данным Technology Review, основная цель Умедати и его соратников – не отработка нового вида передвижения, а изучение того, как миксомицеты ориентируются и движутся в верном направлении, не владея кроме того намёком на нейронные сети либо что-то подобное.
По словам учёных, в роботе-слизевике реализовано всецело децентрализованное управление посредством связанных осцилляторов и только местного сенсорного механизма обратной связи. Говоря несложнее, стремление и «положение» каждого фрагмента робота-плазмодия воздействует на положение и на реакцию остальных.
И подобно тому как внутренние потоки в протоплазме слизевика, инициированные внешними химическими либо световыми раздражителями, заставляют данный организм перемещаться к пище либо прочь от опасности, крошка Slimy движется благодаря весьма несложным импульсам, которыми обмениваются его составные элементы.
Чуть позднее Такуя создал и вторую модель амебоида — Slimy II.
Slimy II отличается от первой модели деталями и геометрией силового привода.
Но основной принцип децентрализации всего управления остался тем же (фото Takuya Umedachi).
Эти автомобили не могут послужить ничем громадным, нежели «модельными организмами». Но авторы изучения уверены в том, что таковой путь отработки необыкновенных узлов и алгоритмов для роботов – продуктивнее чистого компьютерного моделирования.
Пускай аппараты Slimy пока не столь умны, как тот же слизевик (не смотря на то, что слово «ум» тут применимо с громадной натяжкой), но у детищ Умедати имеется простор для развития. Японцы желают сделать их всё более похожими на миксомицетов, не снаружи, но по особенностям.
Так динамическая подстройка формы обязана оказать помощь подобному устройству приспосабливаться к внешней среде, приблизительно так, как это делает миксомицет.
Опыты говорят о том, что робот-слизевик способен на адаптивное передвижение, не надеясь на какую-либо иерархическую структуру, информируют изобретатели. (Подробности данной работы размещены в новой статье в Advanced Robotics.)
Опробования аппаратов Slimy являются частью работы, которую Умедати ведёт вот уже пара лет. Он пробует научить роботов воспроизводить на уровне железа поведение слизевиков, воображающее, возможно, одну из самых примитивных форм познания.
Такое поведение, согласно точки зрения японца, окажет помощь роботам приблизиться к животным в отточенности движений и гибкости реакции. Так как далеко не только слизевики, но и куда более сложные организмы в этом отношении частично надеются именно на децентрализованные совокупности.
Любопытно, что способности слизевиков уже завлекали внимание робототехников. Шесть лет назад несколько учёных из Великобритании и японии скрестила всё того же Physarum polycephalum с роботом, научив железяку опасаться света.
Умедати же исповедует другой подход. Пускай у нас будут простые датчики, батареи, электромоторы, но всё трудится по принципу слизевика.
Познание тонкостей в функционировании этого необычного творения природы может понадобиться не только в робототехнике. Второе вероятное использование этих знаний – поиск новых методов оптимизации транспортных совокупностей либо построения схем энергетических сетей, устойчивых к отказу отдельных узлов.
Так как при побеге из лабиринта либо поедании пищи, разбросанной на плоскости, слизевики не вычисляют все вероятные варианты действий, но приобретают итог кроме того лучший, чем если бы задачу оптимизации дорог перемещения решал компьютер. Таким свойством слизевиков наделили миллионы лет эволюции.
Разобраться в нём и попытаться скопировать – хороший вызов для междисциплинарной команды исследователей.
