Эпопея по созданию робота с нюхом собаки / Хабр

Что умеет робот:

• передвигаться по местности со сложным ландшафтом — по камням и зарослям;
• подниматься по лестницам и склонам;
• обходить препятствия;
• ориентироваться на местности и следовать маршрутам, которые задает пользователь через удаленный контроллер;
• работать до 90 минут без подзарядки аккумулятора;
• перевозить на спине грузы весом до 14 кг;
• двигаться со скоростью 1,6 м/с — как человек, который идет быстрым шагом.

Сразу после распаковки Spot готов к использованию — его не нужно долго настраивать. Пользователям, которые хотят кастомизировать робота и адаптировать его под свои запросы, доступна платформа Spot Software Development Kit. Через нее можно задавать алгоритмы действий, менять настройки, передавать данные в облачное хранилище.

На сайте Boston Dynamics говорится, что компании могут использовать Spot для мониторинга строительных площадок, фабрик, общественных мест, а также для исследования недоступных и опасных для человека территорий — например, зараженных радиацией или с химическими отходами.

Что такое робот-собака spot и зачем он нужен

Spot — четвероногий робот от американской инженерной компании Boston Dynamics. Внешне его конструкция похожа на строение тела собаки: у Spot горизонтально расположенный корпус, есть бедренные и коленные суставы в ногах. Поэтому некоторые считают, что робот заменяет домашнее животное.

Но производители задумывали Spot не как питомца-компаньона: по поведению он не похож на собаку. Boston Dynamics говорят, что Spot — универсальный помощник, которому можно поручить рутинную работу в любой сфере — от строительства и горного дела до здравоохранения.

Почему роботы не популярны?

Производителей четвероногих роботов с каждым годом становится все больше. Кажется, инженеры постепенно отказываются от создания человекоподобных механизмов, потому что от них мало толка (мой коллега Артем Сутягин придерживается другого мнения).

Роботы с четырьмя ногами хороши тем, что без проблем преодолевают даже самые сложные участки пути и при том могут выполнять разные задачи при помощи механических рук. Правда на данный момент они не пользуются популярностью среди обычных людей из-за дороговизны и банальной ненужности.

С чего все начиналось?

Сегодня, увидев робота, мало кто удивляется. Автомобиль, за рулем которого вы сидите, является его частью, компьютер и почти вся техника имеющаяся у вас дома, тоже. Некоторые компании, выпускающие роботизированных домашних животных серийно, сегодня представляют другую роботизированную технику, которая, несмотря на всю сложность механизма, никого особо не удивляют. Но мир не всегда был таким.

«сбер»

21 января 2023 года «Сбер» выложил в своем официальном телеграм-канале видео, в котором Spot прогуливается по офису компании.

Текст поста сообщает, что разработку от Boston Dynamics компания приобрела «в образовательных и исследовательских целях». С помощью Spot «Сбер» изучает «поведение робота в различных примерах естественной среды, решение совместных задач роботов и людей».

Pomerleau

Pomerleau — канадская фирма, которая проектирует и строит офисы, промышленные здания, жилые дома. С помощью Spot компания отслеживает прогресс на новых проектах.

Роботы ходят по территории зданий и делают панорамные фото местности с помощью 360-градусных камер. Для этого им запрограммировали алгоритмы через платформу Software Development Kit — мониторинг проходит полностью в автоматическом режиме без участия человека.

Boston Dynamics говорят на сайте, что Spot помогает Pomerleau экономить время. Без робота сотрудники строительной компании тратили бы на эту задачу 20 часов в неделю только на одном объекте.

Spacex

Летом 2020 года компания Илона Маска приобрела робота Spot, чтобы исследовать полигон до и после тестовых запусков ракет. На официальном ютуб-канале Nasa есть видео, на котором Spot анализирует стартовую площадку Starship. Робот фиксирует данные с помощью камер, а удаленный оператор получает информацию через контроллер.

Роботу дали имя Зевс и даже построили для него будку, как у настоящей собаки. Видеограф, который снимает тестовые полеты Starship, опубликовал в Твиттере фото красной конуры.

Арт-группа mschf

MSCHF — группа дизайнеров из Бруклина (Нью-Йорк, США). 24 февраля 2023 года они организовали интерактивную выставку Spot’s Rampage.

Робот от Boston Dynamics находился в студии, заполненной картинами и скульптурами. К его спине был прикреплен пистолет для пейнтбола. Согласно задумке, интернет-пользователи могли управлять Spot, стреляя краской в окружающие его произведения искусства.

С помощью выставки MSCHF хотели обратить внимание публики на изначальное предназначение роботов. Предшественник Spot, модель BigDog, был разработан для использования во время военных операций.

Боевой модуль

Боевой модуль SPUR представляет собой легкое и компактное изделие, пригодное для установки на различные платформы. В случае с Q-UGV модуль ставится прямо «на спину» робота. В будущем не исключается возможность интеграции с другими носителями, в т.ч. с шагающими иных типов.

Робот и пульт управления

Модуль выполнен в корпусе сложной многоугольной формы и имеет футуристический внешний вид. В корпусе предусмотрены отверстия для дульной части ствола и для оптики. На левом борту имеется гильзоотвод, предотвращающий падение стреляных гильз на крышу платформы.

Внутри корпуса помещается винтовка разработки SWORD под патрон 6,5 Creedmoor. Это оригинальная самозарядная система с газоотводной автоматикой с коротким ходом поршня. Питание осуществляется из магазина на 10 патронов. Заявлена возможность эффективного огня на дальностях до 1200 м.

Под верхней частью корпуса скрывается тепловизионная камера от Teledyne с разрешением 640х512 и полем зрения 18°, а также объектив 30х. Такая оптика может быть заменена другими системами. Также имеется автоматика, обеспечивающая подготовку к ведению огня и перезарядку, а также извлечение патрона и контрольный спуск после стрельбы. Отдельные механизмы наводки отсутствуют. Модуль должен целиться за счет поворота и наклона робота-платформы.

Где они сегодня

Сегодня Электро можно увидеть в Мемориальном музее Мэнсфилда, расположенном в штате Огайо. Это стало возможным благодаря тщательно проведенным реставрационным работам, выполненным Джеком Уиксом, который не теряет надежды найти и Спарко, чтобы тот мог воссоединиться и покрасоваться со своим партнером.

Как уже упоминалось, было построено по меньшей мере три экземпляра собаки-робота. Но в 1957 году они ушли, потому что кто-то оставил дверь склада компании, расположенной в Калифорнии, где они хранились, незапертой.

Гонка с darpa

Мершин и Чжан решили, что они попробуют вырастить настоящие рецепторы в своей лаборатории, а потом, по сути, намазать их на печатную плату. Они подумали, по статистике, если они налепили достаточно рецепторов, какая-то часть из них осталась бы в живых, и с ориентацией в правильном направлении.

Этот прототип до сих пор есть в лаборатории Мершина: пластиковая бутылка с двумя металлическими насадками, держащимися благодаря эпоксидной смоле. Оттуда идут провода, присоединенные к маленькому чипу. Очевидно, в бутылку заливалась субстанция с запахом, и это должно было как-то влиять на ток.

Это был провал. Рецепторы вроде бы работали, но бутылка была слишком большой, и запахи в ней держались слишком долго, чтобы получить четкую картинку. В дальнейшем пришлось «дуть» воздухом с нужным ароматами на чипы, чтобы попытаться научить их реагировать только на определенные запахи.

В конце концов, Мершин достает девайс, Nano-Nose («Нано-Нос») – который они с Чжаном представили DARPA. Он размером примерно с большую сковороду. На ней написано «Собственность Федерального правительства США». Поверхность – почти пуленепробиваемая («Так хотели военные!»). Весит тоже прилично.

Внутри – восемь плат, каждая размером примерно с банковскую карточку. Каждая – в отдельном контейнере, с собственным воздухом. Так Мершин и Чжан сражаются с ложными срабатываниями: только если все платы покажут сигнал, датчик говорит, что что-то учуял.

Ученые строили этот девайс бессонные 15 месяцев. И он всё равно не был закончен, когда пришла пора показывать результат DARPA. Им пришлось загрузить большой фургон всеми инструментами лаборатории – шлангами, трубками, шприцами, 140-килограммовым столом, частотным генератором стоимостью $70 000 – и так ехать в Балтимор, где была презентация.

На месте DARPA выдала им список запахов, которые их искусственный нос должен узнавать. Мершин изначально хотел, чтобы в Nano-Nose был встроен AI, распознающий показания датчиков, прогоняющий их через свои базы и выдающий список из найденных в воздухе соединений. Но на это не было времени.

Вместо этого они начали посылать своему носу запахи тех субстанций, которые он должен был находить, и записывали его показатели. Дальше подключался ноутбук и алгоритм сопоставления с образцом. Если показатели у всех восьми плат были плюс-минус как в образце, их нос выдавал «Бинго!». На этом всё.

Тест DARPA был очень обстоятельным. Мершин и команда не допускались в комнату со своей машиной. И даже отлучаться в туалет на время теста можно было только с эскортом. Но всё того стоило. В итоге Nano-Nose победил в соревновании нюхальщиков. В стерильных условиях лаборатории он даже показал большую точность, чем собаки (он мог зарегистрировать запахи более низкой концентрации, от меньшего объема веществ).

До совершенства еще очень далеко

Двух лет разработки специалистам НИИ механики МГУ и сотрудникам «Братьев Вольт» хватило лишь на то, чтобы обучить робота-собаку базовым функциям. К примеру, чудо инженерной мысли может ходить с разной скоростью.

Роботизированные лапы, коими оснащен робот, могут двигаться вдоль корпуса и поворачиваться вбок. Суммарная мощность 12 электродвигателей, приводящих конструкцию в движение, превышает 3 кВт.

С другими движениями у робота возникают проблемы. Так, например, он не может встать из лежачего положения, с чем обычные собаки и тот же Spot справляются в два счета. Попытка совершить это движение приводит к тому, что робот начинает заваливаться набок.

Робособака Spot, созданная Boston Dynamics

В настоящее время разработчики работают над усовершенствованием алгоритмов движения, но сроки их полной отладки пока не установлены. В будущем робособака будет использоваться в качестве научного пособия в вузах и научных организациях при изучении робототехники. О других вариантах применения новинки разработчики не говорят.

Доктор чжан

Мершин и Чжан – странная, но гармоничная парочка. Мершин редко проходит один и тот же путь дважды. Когда мы потерялись по пути от кафетерии MIT к его офису, он признался, что такое случается с ним регулярно. Причем он теряется «в мыслях тоже, не только географически, но и интеллектуально».

Однажды, чтобы понять смысл ароматов, он разработал для своих детей игру, в которой они должны были пропитать ватный шарик духами, завязать себе глаза, и потом попытаться его найти. Кроме запахов он сейчас занят постройкой домиков в Намибии из грибов и способами удаления тяжелых металлов из воды.

Чжан – как раз такой человек. Если Мершин постоянно суетится, Чжан – всегда спокоен и сосредоточен. Он верит в то, что, чтобы чего-то достичь, нужно с головой углубиться в один проект, один вопрос. Он изучает обоняние с 2003 года, пытаясь разобраться в рецепторах и их работе.

Прошли десятилетия с момента публикации Бака и Акселя, но до сих пор никто даже не смог на них взглянуть – ни под микроскопом, ни методом рентгеновской кристаллографии. Это одна из причин того, почему обоняние остается такой загадкой. Мы не можем увидеть на самом примитивном уровне, что же конкретно делают эти рецепторы.

Чжан потратил много лет на разработку метода, позволяющего увидеть рецептор. Из того, что он знает – это мембранные белки, с очень сложной структурой. Каждый – как длинная нить, обматывающая и проходящая через мембрану, отделяющую клетку от внешнего мира.

Примерно половина рецептора находится снаружи клетки, готовая принимать новые молекулы. Когда он к ней прилипает, он меняет форму, и клетка посылает сигнал в мозг.

Чтобы понять несколько этих фактов, и узнать точную структуру рецептора, Чжан работал с 2003 года. Но он до сих пор не видел ни один воочию: они слишком негативно реагируют на любую внешнюю среду. И они слишком маленькие.

Но работа Шугуан Чжана не прошла зря. Когда DARPA в 2007-м запустила новый проект, RealNose, для поиска по запаху самодельных взрывчаток в Ираке и Афганистане. На этот раз полимеры и другие искусственные препараты, имитирующие работу рецепторов, не годились.

Чжан очень хотел получить такой грант. Его лаборатория была одной из буквально двух-трех в мире, занимавшихся этим вопросом. Но Мершин не хотел, чтобы его ограничивали. «Я много месяцев бунтовал, говорил им в DARPA, что использовать настоящие рецепторы – это дурацкое требование».

Зачем нужна была биологическая структура, если работать с искусственными было гораздо проще? По крайней мере, они не переставали функционировать, если их наклонить или перевернуть. «Мы хотим летать как птицы, но мы же не строим крылья и фюзеляжи самолетов из перьев!»

Но сумма военного гранта была очень серьезной, и Андрею пришлось смириться.

Импортозамещенный робопес

Сотрудники Московского госуниверситета (МГУ) разработали первую в мире российскую робособаку, сообщает профильный ресурс N 1. Работа над роботом, названия у которого на момент публикации не было, заняла два года, и помощь в его создании инженерам МГУ оказывали специалисты проекта «Братья Вольт» (Voltbro).

Согласно имеющимся данным, робособака разрабатывалась с нуля. На выходе получился классический робот такого класса – с четырьмя двухсекционными ногами, на каждую из которых приходится по три электромотора.

Получившееся творение внешне напоминает робособак компании Boston Dynamics, в том числе и модель Spot. Российская новинка весит в пределах 15 кг и обладает корпусом из анизотропных композитных материалов и алюминиевых сплавов. Изготавливался он методом трехмерной (3D) печати.

Какие компании и для чего используют spot

Робот стоит $74 500. Его купили многие компании, в том числе и российские.

Легенды : робот aibo

Машины против собак. раунд 2

Но на пути создания полноценного органа обоняния, способного «утереть нос» нашим братьям меньшим, у человечества (и у Мершина) стоит еще много преград. Пол Вагонер, ученый, изучающий обоняние у собак в университете Оберна, оценивает, что нам нужно еще «минимум несколько десятилетий». Причем над некоторыми факторами пока даже не задумываются.

«Всё начинается еще с процесса отбора воздуха», – говорит он. – «Машины пока не умеют хорошо дышать. Собаки умеют вдыхать и выдыхать порядка пяти раз в секунду, с ноздрями, регулирующими приток и отток через разные каналы. У них внутри создается перепад давления, по сути «воронка запаха», которая позволяет им аккумулировать молекулы и точно понимать их происхождение.

Но переключение на «робо-нос» – неизбежно. Собаки устают, они отвлекаются, злятся. Даже разочаровываются в своих способностях, прямо как люди. Они сильно зависят от эмоций своего хозяина. И, конечно, они не масштабируются. Слишком маленькая доза, очень надежный контейнер, плохо работающий в этот день нос – и всё, наркотик пронесен, а бомба взорвалась.

Установить по собаке в каждую фармацевтическую лабораторию, госпиталь и другое предприятие, требующее «специалиста по запахам», тоже не получится. Во-первых, собакам требуется спать и гулять. Во-вторых, достаточно умелые и натренированные пёсики, способные унюхать взрывчатку или болезни, а потом сказать об этом людям, стоят по $25 000 за нос, и их и так не хватает.

С «медицинскими» собаками еще сложнее: их очень мало, и их слишком тяжело привлечь в работе к госпитале. Несмотря на невероятные открытия последних нескольких лет, показывающие их 90-100% успех в обнаружении рака даже на ранних стадиях, пока что врачи не спешат заводить себе псов.

Обратно в своей лаборатории MIT, Мершин достает с полки белый плоский пластиковый объект, по размеру чуть меньше смартфона. Это их новый Нано-Нос, переработанная и сильно уменьшенная версия той «сковородки», которую представляли DARPA. Вокруг «Носа» – куча проводов, предназначенных для отправки внутрь запахов, и измерения самых разных параметров.

За прошедшие десять лет, Чжан серьезно переработал рецепторы, расположенные внутри этого девайса. Самое главное – он перестал выращивать их в эмбриональных клетках, и теперь они культивируются в биологически инертной форме. Всё происходит в пробирке.

Рецепторы до сих пор очень чувствительны и с ними нужно обращаться очень аккуратно, – Мершин говорит, это однозначно самая сложная часть устройства. Но они куда более стабильны и управляемы, чем их «на 100% органичные» собратья. Ученым также удалось в несколько раз уменьшить платы Нано-Носа.

Пока что единственная компания, разрабатывающая коммерческого «нюхальщика» – небольшой стартап из Кремниевой долины, Aromyx. Его идея в чём-то еще более амбициозна, чем у Мершина с Чжаном. В Нано-Носе всего около 20 видов рецепторов, которые подстраиваются учеными на каждый девайс, в зависимости от его предназначения.

Дальше остается запомнить эту возникшую «схему активности», и присвоить ей имя – скажем, это будет «Кока-Кола» или «Шанель №5». Опять же, понимать, что в этом запахе, и как он образуется, не надо, достаточно запомнить паттерн ответов от рецепторов. А потом девайс сможет просто сравнивать этот аромат с запахами из своей базы данных.

Aromyx до сих пор выращивает свои рецепторы в дрожжевых клетках, и компании пока не удается собрать хотя бы примитивный продукт для демонстрации. Во многом разработка была замедлена, когда фирма перенесла свой офис на несколько миль из Пало-Альто в Маунтин-Вью: клетки не выдержали такой транспортировки, и были разрушены.

Пока что Aromyx стабилизировал только несколько из нужных 400 рецепторов. Но по мере добавления новых, они уверены, их «обонятельный рендеринг» станет намного точнее и лучше, чем у конкурентов (если такие появятся).

Ну а главная печаль Мершина – то, что его Нано-Нос до сих пор выглядит так неаккуратно. Но его белые кудряшки начинают прыгать, когда начинаешь говорить с ним о потенциальных применениях такой технологии. Пока что, этот девайс – всего лишь детектор. Он не умеет разбираться в данных, которые собирает.

Но Мершин и Чжан хотят сделать его умным. Вот почему сейчас в их лабораторию постоянно заглядывают собаки – как та же Люси из видео с баночками. С их помощью Мершин пытается понять, как происходит процесс распознавания запаха. Он научился не соперничать с собаками, а сотрудничать с ними.

Сейчас в его офисе сидят Флорин и Люси. Они принадлежат британскому обществу Medical Detection Dogs, которое тренирует животных определять запах рака и подавать об этом сигнал. Используя данные от них (как долго они нюхали, как долго думали, в каком порядке осматривали образцы и т.д.)

В общем, идея в том, чтобы создать как бы тест Тьюринга, только для запаха. Имитировать результаты собак до тех пор, пока никто не сможет отличить показания Нано-Носа от реакций специально тренированных животных. Если идея сработает, такой девайс сможет диагностировать ранние стадии множества страшных болезней.

В итоге Мершин хочет уменьшить Нано-Нос до того состояния, чтобы он мог стоять у каждого из нас в смартфоне. Такая очень личная версия его девайса сможет всегда находиться неподалеку от тела своего владельца, чувствовать перепады в его запахах, подавать сигнал, если происходит что-то необычное, и тут же проводить первичную диагностику.

Она сможет сказать, нужно ли вам проверить ту родинку, которая появилась у вас на бедре, или сообщит об опасно низком уровне сахара у вас в крови. Или подаст сигнал, что вы начали распространять этот древесный, мускусный аромат, характерный для болезни Паркинсона.

Естественно, как и с любой новой технологией, возникают вопросы её применения. Как много информации о запахах своего тела вы будете контролировать? Не станут ли компании торговать ей, передавая её госпиталям, страховикам, дейтинговым агентствам? Будут ли мужчины использовать Нано-Нос, чтобы проверить овуляцию у девушек, будут ли женщины включать его, чтобы видеть тех, кто три дня не мылся?

Андрей Мершин о таком не переживает. Вместо этого его, постоянно жаждущего новых впечатлений, больше пугает мир, в котором девайсы разрабатывают и присылают ароматы специально для вас. «Я поддерживаю любые технологии, которые нюхают вас. Но я был бы очень осторожен с теми технологиями, которые хотят, чтобы вы нюхали их».

Неясные перспективы

Впрочем, проект пока сталкивается с объективными ограничениями, которые не позволяют реализовать весь ожидаемый потенциал. Главные трудности связаны с аккумуляторами четвероногой платформы. Их хватает всего на несколько часов работы, а дальность хода не превышает 10-12 км, в зависимости от режима движения. Наличие относительно тяжелой полезной нагрузки должно увеличивать расход энергии.

Также нужно отметить, что Q-UGV и SPUR в представленном виде не отличаются особой живучестью и устойчивостью. Оба компонента РТК не имеют защиты и могут быть уничтожены ответным огнем. Кроме того, работоспособность комплекса зависит от двустороннего канала связи с оператором. Естественные помехи или РЭБ противника способны, как минимум, нарушить работу.

Компания Ghost Roborics ведет поиски новых средств энергоснабжения с более высокими характеристиками. С их помощью в будущем планируется улучшить как саму платформу, так и комплексы на ее базе. Вероятно, будут приняты меры и по повышению устойчивости связи. Можно предполагать, что компания SWORD Defense Systems будет развивать свой проект SPUR аналогичным образом.

Таким образом, пока в проекте Q-UGV / SPUR речь идет только о демонстрации основных технологий и возможностей. Однако компании-разработчики планируют развивать этот проект и затем, доведя до требуемого уровня, предложить его вооруженным силам. Вполне возможно, что армия заинтересуется и проведет собственные испытания. А за этим может последовать опытная эксплуатация и принятие на вооружение – как недавно было с базовым образцом.

Новое понимание

Суперкомпьютер с AI не понадобился. Наоборот, оказалось, Nano-Nose лучше работает без него. Для Мершина это было открытием. Оказывается, наш нос – не аналитик. Он никак не проверяет компоненты запаха. «Мы думали, когда вы что-то нюхаете, у вас в мозгу появляется список молекул и их концентраций, и пытались воссоздать эту систему. Но на самом деле важно только ваше ощущение от этих молекул, а не они сами».

Оказалось, система  Мершина, созданная из-за дедлайна, идеально воссоздает то, как млекопитающие распознают запахи. Наш мозг просто запоминает, что он нюхал, и как это выглядело, и потом реагирует, если чувствует похожую комбинацию. Информация сортируется на основании того, что мозгу кажется важным.

Мы можем перестать слышать запахи в комнате, если они нам не интересны. Наши рецепторы всё еще улавливают разные составы в воздухе, но мы на них не реагируем. А вот если мы окажемся в незнакомом помещении или сосредоточимся на распознавании ароматов, наш нос как будто становится более чувствительным (хотя на самом деле это не так).

Мершин понял: чтобы понимать запах и использовать его в качестве инструмента, ему не нужен список молекул. Он просто должен знать, как что-то пахнет. Без разницы, из чего оно состоит, главное, как это работает. «Это был самый главный урок во всей моей научной карьере», – говорит он.

Отставание на 16 лет

Пока неясно, когда и в каких объемах будет организовано производство российской робособаки, и появится ли она когда-нибудь за пределами вузов, где есть курсы робототехники. Также следует отметить, что со своим творением МГУ и Voltbro опоздали на 16 лет.

Самую первую робособаку в мире представила упомянутая компания Boston Dynamics. Премьера проекта под названием BigDog состоялась еще в 2005 г. Военные разглядели в нем внушительный потенциал, и уже в 2008-2009 гг. робот прошел серию испытаний, организованных DARPA – Управлением перспективных исследовательских проектов Минобороны США (Defense Advanced Research Projects Agency).

Одна из ранних модификаций BigDog

В ходе одного из тестов американские военные заставили BigDog пересечь очень труднопроходимый участок длиной 200 м. для усложнения задачи на него навесили миномет массой около 40 кг.

Тестирование робота BigDog

Результаты тестов DARPA полностью удовлетворили – в 2009 г. ведомство профинансировало создание улучшенной версии робота, вложив $32 млн. Результатом стало появление в 2023 г. модификации LS3, способной преодолевать расстояние до 32 кг с грузом массой до 180 кг.

Свои робособаки есть и других компаний, в том числе и у Xiaomi. В августе 2023 г. она запустила проект CyberDog. Этого робота, в отличие от разработок той же Boston Dynamics, смогут позволить себе очень многие – компания собирается продавать его приблизительно по $1560 (111 тыс. руб. по курсу ЦБ на 22 октября 2023 г.).

Платформа для создания роботов

Но разработчики на данный момент и не позиционируют его как полноценного «убийцу американского робота Spot». По сути, созданная конструкция — это платформа, на которой исследовательские группы смогут тестировать свои алгоритмы. Именно они будут оснащать робота новыми умениями и, возможно, когда-нибудь из этой черновой платформы выйдет что-то действительно стоящее.

Лино мне бы хотелось увидеть российского робота, который как и механический пес Boston Dynamics, умеет открывать двери и следить за показателями различного оборудования. Только вот ждать этого момента явно придется долго — разработчики все еще недовольны базовыми алгоритмами и не готовы отдать робота на пользование сторонним инженерам.

Если подумать, российские разработчики идут по тому же пути, что и создатели робота Mini Cheetah. Этот механический пес был представлен в 2023 году специалистами из Массачусетского технологического института как такая же платформа для испытания разного рода алгоритмов.

Используя робота Mini Cheetah в качестве платформы, в апреле 2023 года инженеры из Калифорнийского университета в Беркли создали механического пса-поводыря. Этот робот способен строить наиболее оптимальные маршруты, учитывая находящиеся в окружающем пространстве препятствия.

Демонстрация робота-поводыря Mini Cheetah

Погружение в мир ароматов. первый запахомер

Не прошло много времени после публикаций Акселя и Бака, как начались серьезные работы по созданию искусственного носа. DARPA, отвечающая за разработку новых технологий для армии США, в 1997-м выделила на проект $25 млн. Они хотели заменить собак в вопросах поиска мин.

Программа так и называлась – «Собачий нос». Агентство дало финансирование группам ученых по всей стране, чтобы они построили нюхающие машины и привезли их на поле в Миссури для тестов. Землю там усеяли всеми возможными типами мин, от маленьких осколочных устройств, нацеленных на поражение человека, до здоровенных агрегатов, рассчитанных подорвать танк.

Наступать на мины, конечно, было безопасно, их обезвредили. Но всё-таки в них оставался заряд (его ведь и должны были находить по запаху), и поэтому они могли подорваться – скажем, если в них ударила молния. Джон Кайер, который был одним из участников той программы говорит, им тогда пришлось эвакуироваться, как только они увидели признаки подступающей грозы.

Для тестов Кайер построил серый девайс размером с коробку для обуви. Он назвал его ScenTrak (сейчас его проапгрейженая версия, кстати, продается онлайн). В нём не было настояших рецепторов. Вместо этого он был заполнен длинными цепями молекул (полимерами), которые, как знал Кайер, среагировали бы на DNT, молекулу, которая встречается в большинстве мин.

Ну, так это работало в идеальных условиях. В условиях лаборатории машинка прекрасно чувствовала «запах» молекулы DNT. Но на поле, со свежим воздухом, ветром и пылью, его девайс давал сбой. Полимеры реагировали на всё подряд – DNT, погоду, растения, некоторые виды грунта.

ScenTrack

Другие девайсы, участвовавшие в соревновании (один назывался Fido, другой – Cyranose), работали по тому же принципу. Все они использовали полимеры, чувствительные к определенным веществам. И у всех них были серьезные ограничения, они работали только при строго определенных условиях.

Всё это, впрочем, вряд ли можно было назвать обонянием – так же, как нельзя сказать, что датчик угарного газа, включающий сигнализацию, «чувствует запах дыма». К тому же, все эти датчики почему-то очень плохо работают в среде с множеством запахов, постоянно выдавая ложные позитивные сигналы, даже если нигде и близко нет никакой взрывчатки.

Теперь ученые думают, что причина – в слишком примитивной теории, на которой были построены эти девайсы. Идея из начала 90-х о молекулах и рассчитанных под них рецепторах – это, на самом деле, только вершина айсберга. Оказывается, иногда молекулы с идентичной формой имеют совершенно разный запах.

Сейчас теорию дополнили, сделали еще сложнее (и ее всё равно не сильно понимают). Вкратце, каждый рецептор больше «любит» определенные молекулы, но способен улавливать почти все. В нашем носу постоянно формируются новые комбинации собранных молекул, и вот эта комбинация данных от всех наших рецепторов определяет, какой мы чувствуем запах. У пианино не просто 88 клавиш с аккордами, у него еще педали и динамики. Доктор Чжан говорит:

Вы можете ударить по каждой из клавиш в аккорде с разной силой. Слабо, вы получаете один звук, мощнее – другой.

В общем, теория запаха оказалась настолько сложной, что даже браться за неё у людей мало желания. Определить одну молекулу – еще как-то можно, а почувствовать определенный их конкретный набор, да еще с нужной интенсивностью, да еще если эта интенсивность должна отличаться для каждой молекулы… Брр. Нет уж, увольте.

Полиция сша

В Гонолулу (столица американского штата Гавайи) полиция тоже использует Spot для контроля эпидемии. Роботы измеряют жителям температуру тела. В городе есть приюты, где бездомные могут сделать тест на COVID-19. С теми, у кого он оказывается положительным, связываются также с помощью Spot — таким образом офицеры меньше контактируют с людьми и не подвергают себя опасности.

В 2020 году разработку от Boston Dynamics начали использовать в работе полицейские Нью-Йорка. В начале 2023 года в официальном Твиттер-аккаунте появилось сообщение о том, что робот проходит испытания. Четвероногого Spot покрасили в синий цвет и дали ему кличку Digidog.

Робот принял участие в нескольких операциях. Например, его задействовали для поимки преступников в Бронксе — те скрывались в квартире, взяв заложников. Полицейские планировали, что Digidog, оснащенный камерами и системой связи, поможет им оценить обстановку и понять, безопасно ли заходить в помещение. Но злоумышленники успели скрыться.

Вскоре в Нью-Йорке приняли решение отказаться от Spot. Местные жители раскритиковали робота, считая, что он слишком дорогой и выглядит жутко.

Правительство сингапура

В апреле 2020 года, когда мир столкнулся с пандемией COVID-19, правительство Сингапура использовало Spot для предотвращения распространения инфекции. Роботы патрулировали парки и с помощью встроенных камер следили, соблюдают ли местные жители социальную дистанцию.

За счет чувствительных сенсоров Spot выявляли, насколько близко люди находятся друг к другу. Если расстояние между ними было меньше рекомендуемого одного метра, робот воспроизводил аудиозапись: «Для вашей же безопасности и тех, кто вас окружает, пожалуйста, стойте на расстоянии не менее одного метра».

Англоязычная сингапурская газета Straits Times опубликовала видео, в котором Spot патрулирует парк

Спарко

Его питомец Спарко был значительно меньше, но не менее впечатляющим. Это был «клон» собаки породы шотландский терьер. При его конструировании использовалась сталь цвета металлик. Сам он весил около 30 кг и имел высоту 50 см. Спарко мог кататься по земле, в точности как настоящая собака, наклоняться и садиться на задние лапы.

Теория запаха

В мае 1914-го Александр Грейам Белл обратился к выпускникам одной из школ в Вашингтоне. 67-летний изобретатель телефона был довольно необычным человеком, и его выступление тоже отличалось от стандартного «напутствия во взрослую жизнь». Вместо этого он дал ученикам ряд вопросов, предложил области исследования, которые могли бы дать плоды, если бы кто-то из молодежи всерьез этим занялся. Одним из занимавших его вопросов было «Можно ли измерить запах?»:

Что такое аромат? Это излучение физических частиц в воздухе, или это форма вибрации, вроде звука? Если это излучение, вы должны иметь возможность взвесить его, а если это вибрация, вы можете попробовать отразить его от зеркала. Если у вас есть амбиции открыть новое поле науки, попробуйте измерить запах.

Прошло больше столетия, но никто так и не решил эту загадку Белла. И даже до сих пор идут споры, является ли запах вибрацией или химической реакцией между частицами. (Вибрационная теория намного более противоречива, но никто не понимает обоняние так хорошо, чтобы можно было полностью её исключить).

Тогда биологи Линда Бак и Ричард Аксель опубликовали свою работу о 1000 генах, которые отвечают за примерно тысячу обонятельных рецепторов в мышах. Все они, оказалось, располагаются в эпителии вверху носовой полости, ровно в том месте, где начинается череп.

Когда мы берем глубокий вдох, молекулы проходят мимо этих рецепторов, и те, возбуждаясь, посылают сигнал нашему мозгу. Но даже это, сказали тогда ученые, только показывает, как восприятие (некоторых) запахов начинается. И то, как происходит взаимодействие с рецепторами, тоже не совсем ясно.

К тому же, число рецепторов, которое они открыли, создавало математическую проблему. У людей есть порядка 400 таких обонятельных рецепторов, в 2,5 раза меньше, чем у мышей. Но мы можем чувствовать порядка 10 000 разных запахов. Как так получается?

Бак и Аксель выдвинули теорию, что запах – вопрос комбинаций. Каждый рецептор отвечает только за улавливание определенных молекул, а характерный запах мы чувствуем, когда несколько разных рецепторов «включаются» одновременно. Исследователь Джон Кайер сравнивает эту теорию с игрой на пианино:

У пианино всего 88 клавиш. Если каждая клавиша отвечала бы за один запах, вы могли бы почувствовать всего 88 разных запахов. Это, очевидно, не так. Но если запахи – как аккорды, математика начинает складываться.

За свою работу Бак и Аксель получили Нобелевскую премию в 2004-м. Теперь Мершин и другие ученые идут по их стопам: они приняли за постулат, что запах – просто список молекул, который кожа в нашем носу регистрирует и передает нашему мозгу. Если вы хотите понять запах чеснока, надо просто разобрать его химические компоненты. И где-то в этих молекулах, в их определенном наборе, прописана история этого запаха.

Школа военной подготовки во франции

Французская военная школа Сен-Сир, которая готовит офицеров для армии и полиции, использовала Spot на тренировке. Он принял участие в трех операциях по наступлению и обороне, выполняя роль разведчика.

Сначала тренировку провели без робота, затем — с ним. Солдаты отметили, что операция со Spot прошла медленнее, но безопаснее. Главной проблемой стало то, что робот от Boston Dynamics не может долго работать без подзарядки: у него сел аккумулятор в середине одной из миссий.

Электро

Пара, состоящая из человекоподобного робота и роботизированного питомца, были представлены публике в 1939 году на Всемирной выставке в Нью-Йорке. Естественно, что они никак не могли остаться незамеченными. Рост удивительного мото-человека составлял 2 метра 10 см, а вес достигал 150 килограммов.