Фантом зі скальпелем: вчені працюють над створенням «електронної глини»
З тих пір як в 1991 році Томмазо Тоффолі і Норман Марголус придумали термін «програмована матерія», від теорії до практики вже зроблені перші кроки. Ймовірно, згадавши про глину, з якої Господь Бог зліпив першу людину, група дослідників обіцяє нам у майбутньому «електронну глину», з якої можна буде зліпити майже все що завгодно.
Рідкісний технічний проект з часів перших кроків космонавтики так підстьобував фантазію журналістів і футурологів. Деякі конструкторські ідеї могли б змусити нас настільки повірити в реальність техно-кошмару «Трансформерів» або в матеріалізацію привидів, що зійшли прямо з екрану. Картини майбутнього малюються одна однією привабливою. До занемоглого полярника (буровика, космонавта, Індіани Джонса-2050) викликають лікаря. Справа відбувається, природно, там, куди звичайна карета швидкої допомоги буде їхати вічність, якщо взагалі доїде. А допомога потрібна негайно. У розпорядженні хворого тільки комп'ютер, до якого підключено дуже дивний периферійний пристрій, що найбільше нагадує корито з піском. Широкий супутниковий канал зв'язку з'єднує зимівлю, табір або космічну станцію з кабінетом світила медицини. Ні-ні, пан професор з Нью-Йорка або Токіо зовсім не готовий за першим покликом боргу мчати в аеропорт або на космодром. Та це й не потрібно. Адже зараз відбудеться маленьке диво. Пісок у кориті починає хвилюватися, ворушитися, видиматися купами, що здаються спочатку безформними, і, нарешті, перетворюється на людську фігуру. Зовнішнім виглядом «пісочна людина» (як тут знову не згадати про Голлівуд і його комікс-сагу про Людину-павука) нічим не відрізняється від маститого доктора, що знаходиться за тисячі і тисячі кілометрів. Фігура точно повторює всі рухи лікаря, обличчя один в один відтворює міміку, та й рукостискання повсталого з пилу фантома достовірно передає м'якість і пружність людської долоні. Двійник доктора, звичайно ж, не обмежується візуальним оглядом хворого. Перкусія, пальпація, аускультація - руки фантома працюють в унісон з маніпуляціями столичного ескулапа. На жаль, діагноз виявився серйознішим, ніж очікувалося. Потрібно хірургічне втручання. І досвідчений лікар готовий різати пацієнта дистанційно. Зрозуміло, за допомогою двійника, що виник з корита. Якщо ж з'ясується, що не вистачає хірургічних інструментів, то їх доведеться «матеріалізувати» на місці - запас чарівного піску ще є...
«По-вашому, це нецікаво?» - запитав доктор Мортімер Шерлока Холмса, закінчивши читання легенди про прокляття роду Баскервілів. «Цікаво для любителів казок», - відповів великий сищик. Чи не правда, після розповіді про фантомного хірурга ці слова так і крутяться мовою? Але в Університеті Карнегі-Меллон (Пітсбург, США) є люди, які не просто вірять, що рано чи пізно такі казки стануть реальністю, але вже сьогодні працюють над технологіями, завдяки яким суперматеріал майбутнього одного разу увійде в наше життя.
Відчутні дані
Вже шість років група візіонерів-дослідників під керівництвом ад'юнкт-професора Університету Карнегі-Меллон Сета Голдстайна і директора дослідницької лабораторії компанії Intel в Пітсбурзі Тодда Маурі веде розробку одного з найцікавіших напрямків в області модульного роботобудування.
Стоячи в одному ряду з іншими проектами створення модульних роботів, задуми групи дослідників з Університету Карнегі-Меллон виділяються своїм найбільш революційним підходом і оригінальною ідеологією. Тут мова йде не просто про збирання спеціалізованого робота з найпростіших типових модулів, але про появу унікального «інтелектуального» матеріалу, здатного відтворювати відчутні і навіть рухомі тривимірні образи практично будь-яких твердих об'єктів. Такий матеріал відкриває дорогу до нового типу електронної комунікації, який дозволить підключати до сприйняття переданих за цифровими мережами образів ще одне почуття - зобов'язання. Людина зможе взаємодіяти з цими образами як з предметами матеріального світу і навіть як з живими істотами.
Чарівний пісок, про який йшлося на початку цієї статті, стане, за думкою розробників, не чим іншим, як масою роботів-модулів субміліметрових розмірів. Кожен з цих модулів буде, однак, придатний до виконання декількох важливих функцій. Він стане одночасно рушієм, приймачем-передавачем цифрових даних, провідником електроживлення і сенсором. В ідеалі для створення максимально реалістичних образів відтворюваних об'єктів поверхню модуля покриють мікроскопічними світлодіодами, які виконають роль пікселів, що світяться, у своїй сукупності придатних для отримання колірних текстур.
Планарні катоми
По кола в шаховому порядку розташовані електромагніти. Можливо, що в майбутньому, коли катоми приймуть сферичну форму і субміліметрові розміри, модулі будуть взаємодіяти не за допомогою електромагнітів, а завдяки силам електростатичного тяжіння/відштовхування.
Назва для матеріалу, що складається з модульних роботів, і для всього проекту по-англійськи звучить як Claytronics, від англійських слів clay (глина) і electronics (електроніка). Самому модульному роботу автори проекту дали ім'я catom (катом; від claytronics і atom).
Як же виглядає сьогоднішній етап роботи над проектом Claytronics? Навіть самі батьки-засновники визнають: до передачі на відстані рухомих тривимірних образів ще дуже і дуже далеко. Поки ведуться дослідження в області базової конструкції катомів, способів і алгоритмів їх взаємодії, для чого застосовуються макромоделі, що працюють у двомірному полі координат. Площинні (планарні) катоми - це циліндричні пристрої з діаметром перерізу 45 мм, поставлені вертикально і пересуваються рівною поверхнею. Як видно, до піщинок поки далеко, та й число катомів у збірках обчислюється одиницями.
При цьому один з ключових термінів наукових публікацій групи Сета Голдстайна - слово «масштабованість» (scalability). Мається на увазі, що розроблювані сьогодні конструкції катомів і технології їх взаємодії в збірці дозволять в майбутньому легко і безболісно змінити масштаб всієї модульної системи при збереженні її керованості і працездатності. Катоми приймуть субміліметрові розміри, кількість модулів у збірці зросте до тисяч і мільйонів, а сама система буде спроектована з площини в тривимірний простір.
Бульбашки роботів
Інтерес до конструкції робота, який буде ледь різним неозброєним оком, зрозумілий, і все ж Сет Голдстайн і його колеги не втомлюються повторювати: «залізо» - ще не найскладніше. Куди більш серйозний виклик - це програмні алгоритми як управління системою в цілому, так і взаємодії між окремими катомами. Одна з найважливіших проблем модульного роботобудування взагалі і проекту Claytronics зокрема - управління великою безліччю модулів, кожен з яких володіє низькою енергооснащеністю і невисоким обчислювальним потенціалом. Традиційний метод створення алгоритмів руху для мно "