Вышедший в этом году первый номер научного журнала Soft Robotics провозгласил новый этап развития робототехники: роботы становятся мягкими. 

Одна из главных статей номера, например, рассказывает о роботе-рыбе, разработанном специалистами MIT. Это автономный организм, способный совершать телом быстрые движения, в доли секунды избегая встречи с препятствием и изменяя свое направление посредством конвульсивного сжатия. В левой и правой половинках хвоста расположены каналы, по которым из «желудка» туда поступает газ – двуокись углерода. Подавая разные порции газа в хвост, робот может вилять хвостом под углом до 100°. Управляет этим компьютерная система, с помощью которой робот может совершать 30 различных маневров.

Но робот-рыба – лишь самый известный пример. Проектов, связанных с роботами, сделанными из мягких конструкций, уже много, а скоро станет еще больше.

Барри Триммер, один из главных идеологов нового направления робототехники, основатель Soft Robotics и профессор Университета Тафтса, рассказал Slon, что собой представляет мир мягких роботов сегодня и способна ли эта технология стать общепринятым стандартом.

– Почему о мягких роботах заговорили именно сейчас? О себе заявили сразу несколько проектов, связанных с этой технологией, которая еще не стала мейнстримом, но, кажется, близка к этому.

 В последние два года стало понятно, что за пределами роботизированных конвейерных систем, военных роботов и всяческих роботов-гаджетов эта сфера оказалась в тупике. Есть очень развитые области с большими достижениями – механика, динамические системы, машинное обучение, искусственный интеллект. В этой части робототехника сделала огромный рывок всего за несколько лет. 

Но вопрос в формах, а именно формы будут определять содержание. Мы, пользователи, привыкли, и сообщество разработчиков привыкло, что роботы – это сложные металлические конструкции. Этот подход был оправдан, он объяснялся стремлением к надежности, а главное – он предполагал традиционные виды производства, общепринятые в машиностроении подходы работы с материалом, с его обработкой,  его интеграцией с электронными системами. Есть уже готовые методики в автомобильной промышленности и электронике, которые легко переносились в новую сферу. Это означало, что придуманное можно создать и собрать уже здесь и сейчас. 

Главной проблемой остается то, что специалисты называют «уровнем близкого контакта». Как бы ни были развиты разнообразные датчики, робот становится еще одним участником движения, любого – человеческого, автомобильного, природного и т. д. Сама эта крепкая надежная конструкция в результате защищает его, но опасна для окружающего мира.

Если говорить о персональных роботах, в домах и офисах пришлось бы создать свою систему движения, аналогичную той, что десятилетиями выстраивалась на дорогах, со своими правилами, правами участников, аналогами светофоров и т. д.

Кроме того, традиционная форма неэффективна: просто силой энергии ее невозможно сделать предельно ловкой и адаптивной; какие бы инновационные материалы ни использовались в дополнении к ней, машина все равно будет ограничена в движении.  Поиски новых, нетрадиционных форм робототехники, которые были бы не просто дополнительным подходом, а совершенно новой технологией, и привели к тому, чем сейчас занимаются сразу несколько исследовательских групп в разных университетах. Первые результаты уже разрушают стереотипы. Но конечная задача не просто создать интересную альтернативу, а сделать этот подход доминирующим в исследованиях, разработках и производстве.

– Судя по первым проектам, это движение в сторону биомимикрии, о чем много и давно говорят: роботизированные конструкции будут мимикрировать под живую среду.

– Я сам биолог, занимаюсь нейромеханикой и биометрией, поэтому для меня такое направление мысли совершенно естественно. Но если говорить о биомимикрии в робототехнике, то она будет выглядеть несколько иначе, чем все себе представляют. Это не будет слепое копирование животных образов и их динамических качеств. Хотя эксперименты с моделированием образов есть – например, итальянцы сейчас пытаются сделать мягкие роботизированные щупальца. 

Речь скорее идет о внутреннем наполнении и о животной логике: о структуре мышц, опорно-двигательном аппарате, принципах сохранения энергии и принципах действий. Передовые роботы сегодня могут подобрать мяч, но для этого им нужно сначала обнаружить его, рассчитать точное расстояние до этого мяча, а потом вычислить, куда именно поместить руку и какое приложить усилие. Это период длительных колебаний, расчетов, куда поставить ногу, как двинуть руку. В некотором смысле это принцип действия человека, именно поэтому некоторые роботы человекоподобны, а не только потому, что у них есть голова, глаза и конечности. 

Животные поступают иначе, их тело позволяет им совершать более расслабленные, быстрые и четкие движения. На уровне роботов это означает отказ от идеи, что необходимо контролировать все переменные величины.

– Можно уже сейчас говорить о каком-то практическом использовании мягких роботов? Это пока исключительно экспериментальные технологии или уже есть готовые сферы применения, возможно, даже бизнес-модели?

– У мягких роботов больше пространство для маневра – в самом широком смысле. Они более эффективны в непредсказуемой и неконтролируемой среде, будь то дом, район стихийного бедствия, подводная пещера или детская комната. Отсутствие пружин и шарниров позволяет им избегать той же досконально просчитанной точности движений, что и у «жестких» роботов. Отсюда и сферы возможного применения. Правда, сейчас важно не столько продумать практические модели, сколько протестировать технологию, понять предел ее возможности. Готовая же технология легко притянет к себе разработчиков. 

Если вспоминать самые масштабные и успешные эксперименты, то я бы упомянул исследования в Гарварде, где занимаются разработкой мягких роботизированных конечностей для экзокостюмов, прыгающих ног с акробатическими функциями и пр.

Есть также лаборатория мягкой робототехники Вустерского политехнического института, где ученые создают робота-змею. Есть компания Otherlab: она строит надувных роботов, в том числе для больниц, они совершенно безопасны для пациентов, обладают психотерапевтическими функциями и могут перевозить людей на себе. 

Можно и фантазировать: например, до сих по не решена проблема с полной автоматизацией упаковки яиц – роботы жестких конструкций с этой деликатной задачей не справляются. Массу похожих на червей мягких роботов в форме сетки можно будет наполнять водой и сбрасывать в районе кораблекрушения, где они будут подплывать к выжившим и спасать их. 

Есть космические исследования, где очень важен фактор веса, и мягкие роботы могут оказаться очень полезными. Есть рынок протезов, где смягчение конструкций при сохранении функциональности – задача номер один. Есть проблема персональных домашних роботов, тех же пылесосов, которые в нынешней жесткой конструкции опасны для домашних животных, маленьких детей и стариков.

– Получается, это в большинстве своем нишевые решения. Мягкие технологии не станут универсальными, а будут лишь альтернативой традиционным?

 В случае с роботами универсальность вообще сильно преувеличена. Сейчас переходный период, когда все соревнуются в остроумии. Это правильно – ведь без постоянного поиска и перебирания интересных идей не будет найдена золотая середина – но немножко наивно. Я вижу это так: ниши будут определяться деньгами, а не нашими представлениями о прекрасном. 

Популярные разговоры о роботах-парикмахерах, роботах-няньках и роботах-полицейских довольно бессмысленны. Забудьте про малый бизнес и госсектор (за исключением вооруженных сил).

По разным причинам роботы там не станут массовым явлением в ближайшие десятилетия. Малые предприятия живут за счет индивидуального труда, там роботы, какими бы они совершенными ни были, противоречат самому принципу малой маржи. Госсектор, если правительства и парламенты не сойдут с ума, будут сознательно минимизировать внедрение роботов, чтобы поддержать правильный баланс занятости и социального спокойствия. 

Роботы появятся там, где есть свободные деньги, большой частный рынок и сложно выполнимые задачи, требующие новых технологических решений. И мягкие роботы за счет нового подхода к пластике как раз могут оказаться востребованными.

– Вы упомянули военные разработки, которые часто опережают по скорости и инновациям частные инициативы. Мягкие роботы военных тоже интересуют?

– Я думаю, армия сыграет весомую роль, но не определяющую. Если говорить о военных роботах, то в их случае есть два приоритета – скорость передвижения и способность к преодолению сложных препятствий. Над этим сейчас работает вся индустрия, и, судя по последним прототипам, она достигла существенных результатов. Еще один приоритет – сверхзащищенное программное обеспечение – задача, которая касается не только роботов, американские разработки занимаются ей и в рамках других программ. 

В результате благодаря армии мы можем получить более гибкие, ловкие и безопасные конструкции. Но их усовершенствованием и поиском специализации будут заниматься уже компании, работающие для частного сектора.

– Мало кто спорит с тем, что сама эта концепция очень привлекательна. Большинство сомнений связано с тем, как обеспечить сочетание мягкости и достаточной энергоемкости. Например, роботу-рыбе углекислоты хватает только на несколько десятков резких движений, что интересно лишь как аттракцион, не более.

– То, что мы уже видим, – пневматика, гидравлика и разнообразные эксперименты с механизмами подачи сжатого воздуха и жидкости под давлением – это первый уровень. Второй уровень – эластичные материалы, которые могли бы расширяться и сокращаться, реагируя на напряжение. Третий – специальные металлические сплавы, которые бы меняли форму при определенной температуре или пружинили бы, реагируя на свет.

Некая конечная задача – создание универсальной искусственной мышечной ткани и искусственного жира, который бы ее питал. Над этим уже работают в разных лабораториях.

– Еще один частый упрек – примитивизация функций. Мягкие роботы в силу конструкции не будут умными, в них просто не влезет искусственный интеллект.

– Это ошибка в приоритетах.

Искусственный интеллект – сверхзадача со сверхвозможностями. Но если мы не построим тело, способное определять функцию интеллекта, все эти разработки будут бессмысленны.

Более того, скажу, возможно, неожиданную вещь: беда в том, что интеллект роботов сейчас развит лучше, чем тело. Команда программистов способна создать сложную систему принятия решений и научить ее менять эти решения в зависимости от разных вводных. Но выполнять эти решения механическое тело роботов в нынешнем его виде зачастую не сможет.

– Но уже есть довольно большой рынок робототехники, появились разработки, на которые уже есть спрос, есть бизнес-модели, которые интересны инвесторам. И это рынок именно традиционных, «жестких», роботов.

– При анализе рынка роботов важно разделить его на две части, иначе все последующие построения будут слишком общими. Есть сегмент роботизированных гаджетов, зачастую напрямую связанный с глобальной мобильной экосистемой. Частично он находится на стыке с интернетом вещей. Если ввести важные критерии, а именно длительную автономность сложных действий, отсутствие ручного управления и многоуровневую систему движения и функций, эта граница станет более явной. Сюда можно причислить все многочисленные сложные бытовые гаджеты, управляемые через смартфоны с однолинейным сценарием действий: от роботов-пылесосов, сверхуспешных относительно рынка в целом, до роботов телеприсутствия и разнообразных игрушек. У этой части рынка уже есть свой сбыт, они успешно привлекают венчурные и краудфандинговые деньги и постепенно выходят из ниши маргинального спроса. 

Второй сегмент – это сложные многоуровневые роботы. Они тоже обязательно будут пересекаться с мобильным рынком, но это другой уровень самодостаточности, другой уровень сложности, другая себестоимость и потенциально другой уровень влияния на производства, на национальные экономики и экономики домохозяйств. 

На технологическом уровне это тоже несравнимые вещи: роботизированные гаджеты требуют сегодня в первую очередь маркетинговых инноваций, это рынок подходов и идей. Здесь в силу понятного спроса уже есть и разумный инвестор. У многоуровневых роботов рыночная идея на данном этапе вторична. Это сложные технологии, еще требующие адаптации к существующим реалиям.

– Рынок роботов часто сравнивают с рынками смартфонов и компьютеров, проводя аналогии по скорости их внедрения в повседневную жизнь. Вам они кажутся корректными? Смартфоны и ПК все же создавались на основе традиционных материалов, там тоже есть эксперименты, но их нельзя назвать революционными.

– Я не готов анализировать сугубо рыночные обстоятельства, хотя мне кажется, что распространенные аналогии в этом случае не до конца корректны. И настольные компьютеры, и смартфоны были эволюционными устройствами – они серьезно отразились на потребительских практиках, но были частью длинной цепочки трансформации быта и бизнеса, растянутого на длительный период времени. Роботы и их производные – это технологии очень компактного времени. То, что мы понимаем под ними сейчас, появилось как потенциальный рыночный продукт всего за несколько лет, и у этого продукта есть всего несколько лет для того, чтобы стать рынком. Если не получится, появится что-то другое, но уже позже, и это не будет эволюцией. 

Если же говорить о скорости внедрения технологий, о их готовности, то они уже готовы. И они готовы даже не только в лабораториях DARPA, но и в лабораториях частных разработчиков. Уже сейчас можно построить роботизированный мир будущего. Но к такому развитию событий не готовы «умные деньги» и экономика в целом, что является еще одним отличием от тех же смартфонов. Он требует очень больших единовременных инвестиций.

– При этом венчурных денег на рынке роботов пока относительно немного. Чего ждут?

– А венчур и не способен формировать такие рынки, он может их лишь поддерживать на плаву. Очевидно, мы находимся на этапе пересмотра сложившихся принципов экономики. Меняется банковская система, меняются подходы к кредитованию промышленности и длинным деньгам. Понятно, что принципиально новые вводные в таких условиях не рассматриваются. Проще говоря, всем не до этого. 

Кроме того, динамика развития технологий парадоксальным образом негативно влияет на их финансирование.

Есть общее ошибочное ощущение, что это не предел, что дальше будет еще круче: сегодня есть мягкие технологии, а завтра роботов будут выращивать, как цветы в горшочках.

Ожидание какого-то абсолютно признанного уровня достижений, который не оставит никаких сомнений, – не самая лучшая атмосфера для больших инвестиций. 

Находясь теперь внутри этого мира, я осознаю, что это ошибка, но также прекрасно понимаю тех, кто не готов к смелым шагам прямо сейчас. Эффективность роботизированной экономики все еще остается предметом для дискуссий. И пока ведущие экономики не придут к какому-то консенсусу по этому поводу, рынок будет находиться в экспериментальной стадии.