В этом отрывке из новой книги «Сердце и чип: Наше светлое будущее вместе с роботами» (“The Heart and the Chip: Our Bright Future with Robots”) директор Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта при MIT (CSAIL) Даниэла Рус рассказывает о том, как роботы могут расширить возможности человека.

Много лет назад я подружилась с биологом Роджером Пейном на встрече стипендиатов Фонда Макартуров (прим пер: один из крупнейших благотворительных фондов США, основан в 1970 году). Наибольшую известность Роджеру принесло открытие того факта, что горбатые киты поют и что звуки некоторых китов слышны по всему океану. Меня всегда завораживали киты и подводный мир в целом, я заядлый аквалангист и любитель понырять с маской. Поэтому неудивительно, что мне очень понравилась лекция Роджера. Как оказалось, мой доклад о роботах показался ему не менее увлекательным.

Я поинтересовалась у него, чем могу помочь, не нужен ли ему робот для его задач.

Роджер ответил, что роботы — это здорово, но на самом деле ему нужна некая капсула, которую можно было бы прикрепить к киту: чтобы он мог нырять вместе с этими удивительными существами и по-настоящему ощутить, каково это — быть одним из них. И тогда мы с Роджером начали изучать, как роботы могут помочь ему в работе.

К моменту нашей встречи Роджер изучал китов на протяжении уже нескольких десятилетий. Одним из его проектов было долгосрочное исследование поведения большой группы южных китов. Это величественные млекопитающие, которые достигают 15 метров в длину; с длинными, изогнутыми ртами и головами, покрытыми наростами. Роджер построил лабораторию на берегу аргентинского полуострова Вальдес (Valdés) — холодного, ветреного и негостеприимного для человека района. Однако южным китам здесь нравится. Каждый август они собираются у побережья, чтобы спариться и получить потомство. В 2009 году Роджер пригласил меня присоединиться в свою лабораторию — и конечно, от этого предложения просто нельзя было отказаться.

Роджер ездил на этот полуостров уже более 40 лет. Каждый сезон он проводил время на вершине скалы с биноклем, бумагой и карандашом и отмечал, кто из его водных друзей проплывает мимо. Роджер мог определить каждого из млекопитающих по уникальным рисункам из наростов на головах. Он следил за их поведением, но главной его целью было провести первую долгосрочную перепись популяции. Он надеялся определить продолжительность жизни этих великолепных существ, которые, как считается, живут столетие и более.

Когда мы начали планировать поездку, я предложила использовать дрон для наблюдения за китами. Так удачно совпало, что два моих бывших студента недавно получили дипломы и жаждали приключений; а главное — у них был робот, который, при небольших доработках, идеально подошел бы для этой задачи. После долгих обсуждений, переделок и планирования мы взяли с собой Falcon — первый восьмироторный дрон, который мог удерживать камеру. Сегодня такие дроны можно купить с рук, но в 2009 году это был настоящий прорыв.

Наблюдать за китами с обзорной площадки на вершине скалы, как делал Роджер, было гораздо лучше, чем находиться прямо в воде вместе с этими огромными существами: близкое присутствие водолазов могло повлиять на поведение китов. Вертолёты и самолёты же летали слишком высоко, и их снимки были низкого разрешения. Единственная проблема со скалой заключалась в том, что она был конечна. В конце концов киты уплывали и пропадали из виду.

Falcon устранил эти ограничения и обеспечил съёмку крупным планом. Заряда батарей хватало на полёт длительностью 20-30 минут; также дрон был способен к автономному полету, хотя им и управля человек. Роджер сразу же был очарован своим новым помощником, который обеспечивал ему и его команде чёткий обзор китов на несколько миль, не оказывая при этом никакого влияния на их поведение. По сути, теперь они могли окинуть взглядом океан.

Это далеко не единственный способ использования дронов для расширения диапазона человеческого зрения. После проекта с китами мы одолжили дрон Селин Кусто — продюсеру документальных фильмов и внучке знаменитого учёного-мариниста Жака Кусто. Она изучала неконтактные племена в Амазонии и хотела наблюдать за ними без риска занести чужеродные микробы, такие как вирус простуды — людям, у которых иммунитет не был к этому готов.

В моей лаборатории мы также создали дрон, который запускался из самоуправляемого автомобиля, летел впереди него и заглядывал за углы, чтобы просканировать тесное пространство нашей подземной парковки, и передавал видео на навигационную систему автомобиля. Подобная технология быра продемонстрирована в фильме 2017 года «Человек-паук: Возвращение домой», когда супергерой, прижавшись к монументу Вашингтона, отправляет миниатюрного летающего робота просканировать здание. НАСА продвинуло его применение ещё дальше, создав Ingenuity — дрон, который стартовал с марсохода Perseverance, чтобы совершить первый автономный полёт на Марс. Ingenuity расширил визуальный охват ровера, поднявшись в небо и отыскивая идеальные маршруты и интересные места для исследования.



Роботы могут расширить и другие возможности человека. Экзоскелеты с выдвижными руками помогут работникам фабрик доставать предметы с высоких полок — роботизированная версия физика Рида Ричардса из комиксов о Фантастической четвёрке. Дома простую выдвижную роботизированную руку можно хранить в шкафу и использовать в случаях, когда требуется что-то достать из труднодоступных мест. Это будет особенно полезно для пожилых людей — они смогут, например, без напряжения поднимать предметы с пола и безопасно доставать предметы с высоких полок.

Роботизированная рука — это несколько очевидная идея; другие устройства, расширяющие досягаемость, могут приобретать неожиданные формы. Например, относительно простой робот FLX Bot от компании FLX Solutions имеет модульное змееподобное тело толщиной всего в 2,5 см, что позволяет ему проникать в узкие пространства (щели за стенами); а с помощью системы искусственного зрения и искусственного интеллекта он может самостоятельно строить траекторию движения. На другом конце робота может быть установлена камера для осмотра труднодоступных мест или дрель для проделывания отверстий под электропроводку. Змееробот представляет собой интеллектуальный инструмент для молотков и дрелей и работает как продолжение человека.

У нас уже получается дистанционно осматривать пространство за углами и окидывать взглядом морские просторы. Но что, если бы мы могли расширить диапазон всех наших органов чувств до ранее недоступного уровня? Что, если бы мы могли направить зрение, слух, осязание и даже обоняние в отдалённые места и ощутить эти места более чувственно? Так мы могли бы побывать в далёких городах или на далёких планетах, или даже проникнуть в сообщества животных — чтобы узнать больше об их социальной организации и поведении.

Например, я люблю путешествовать и наслаждаться видами, звуками и запахами нового города или пейзажа. Если бы у меня была возможность, я бы приезжала в Париж раз в неделю, чтобы прогуляться по Елисейским полям, саду Тюильри или насладиться запахами из местной булочной. Конечно, ничто не сравнится с настоящим физическим присутствием, но мы могли бы использовать роботов, чтобы иногда получать удовольствие от прогулок по знаменитому городу. Вместо того чтобы просто надеть гарнитуру виртуальной реальности и погрузиться в цифровой мир, можно было бы с помощью специальных устройств «вселиться» в удалённого робота в реальном мире и ощутить это далёкое место совершенно по-новому.

Представьте себе мобильных роботов, расставленных по всему городу, подобно электросамокатам и велосипедам. Однажды в пасмурный день, находясь в своём городе, я могла бы включить гарнитуру, арендовать одного из таких роботов и дистанционно провести его по выбранному мной парижскому району. Робот был бы оснащён камерами для визуальной обратной связи и двунаправленными микрофонами высокой чёткости для захвата звука. Гораздо более сложной задачей было бы наделить робота способностью чувствовать окружающие запахи, пробовать местную еду и передавать эти ощущения мне. В обонятельной системе человека используется 400 различных типов рецепторов запахов. Один запах может содержать сотни химических соединений и, проходя через нос, активировать примерно 10 % этих рецепторов. Наш мозг переносит эту информацию в базу данных запахов, и мы можем определить, например, свежеиспеченный круассан. Различные исследовательские группы используют машинное обучение и передовые материалы, такие как графен, чтобы повторить этот подход в искусственных системах. Но, возможно, мы откажемся от обоняния: нам будет достаточно достопримечательностей и звуков Парижа.

Расширение нашего восприятия с помощью интеллектуальных роботов имеет и более практическое применение. Одна из идей, которую мы исследовали в моей лаборатории, — это робот Mechanical Turk для физической работы. Разработанный одним венгром-новатором в конце XVIII века, оригинальный Mechanical Turk представлял собой устройство, которое, казалось, играло в шахматы. На самом деле фигурами управлял человек-шахматист, спрятанный внутри конструкции. В 2005 году компания Amazon запустила свою собственную вариацию этой концепции в виде сервиса, позволяющего компаниям нанимать удалённых сотрудников для выполнения задач, которые пока не под силу компьютерам. Мы представляем себе комбинацию этих двух идей, в которой человек дистанционно (но не тайно) управляет роботом, направляя машину на выполнение задач, которые она не может выполнить самостоятельно, — работ, которые слишком опасны или вредны для здоровья человека, чтобы выполнять их самостоятельно.

Вдохновением для этого проекта послужило посещение холодильного склада под Филадельфией. Находясь в главном помещении, я надела на себя всю одежду, которую носят работники склада, чтобы не замёрзнуть. Но в камере глубокой заморозки, где температура достигает -30 °C и ниже, я едва продержалась 10 минут. Я чувствовала себя промёрзшей до костей ещё часы спустя, пока не приняла горячую ванну. Люди не должны работать в таких экстремальных условиях. Однако роботы не могут самостоятельно справиться со всеми задачами и не допустить ошибок — в окружающей среде слишком много предметов разных размеров и форм, а также много предметов, расположенных вплотную друг к другу.

Нам стало интересно, что произойдёт, если мы присоединимся ко всемирному сообществу геймеров и используем их навыки по-новому. Если бы робот работал в камере глубокой заморозки или на обычном производстве или складе, удалённые операторы могли бы оставаться на связи и ждать, пока он попросит о помощи — если допустит ошибку, застрянет или иным образом не сможет выполнить задачу. Тогда удалённый оператор входит в виртуальную комнату управления, где воссоздаётся окружение робота и его затруднительное положение. Этот человек будет видеть мир глазами робота, фактически погружаясь в его тело в далеком холодильном хранилище, не подвергаясь личному воздействию холодных температур. Затем оператор интуитивно направляет робота и помогает ему выполнить поставленную задачу.

Чтобы проверить нашу концепцию, мы разработали систему, позволяющую людям дистанционно видеть мир глазами робота и выполнять относительно простую задачу, а затем протестировали её на людях, которые не были опытными геймерами. В лаборатории мы установили робота с механическими руками, степлером, проволокой и рамой. Задача состояла в том, чтобы заставить робота прикрепить проволоку к раме. Мы использовали гуманоидного робота-амбидекстра по имени Бакстер, а также систему Oculus VR. Затем мы создали промежуточную виртуальную комнату, чтобы поместить человека и робота в одну и ту же систему координат — общее симулированное пространство. Это позволило человеку видеть мир с точки зрения робота и управлять им естественным образом с помощью движений тела. Мы продемонстрировали эту систему на встрече в Вашингтоне: многие участники, включая тех, кто никогда не играл в видеоигры, надели гарнитуру, увидели виртуальное пространство и интуитивно управляли нашим роботом из Бостона, находясь на расстоянии 800 км.

Самым известным и убедительным примером дистанционного управления являются роботы, которых НАСА отправило на Марс за последние несколько десятилетий. Мой аспирант Марсетт «Марти» Вона помог разработать большую часть программного обеспечения, которое позволило людям на Земле легко взаимодействовать с этими роботами, находящимися за десятки миллионов миль. Эти интеллектуальные машины — прекрасный пример того, как роботы и люди могут работать вместе, чтобы достичь высоких целей. Машины лучше работают в непригодных для обитания человека условиях, как на Марсе. Люди лучше принимают решения на более высоком уровне. Поэтому мы отправляем на Марс всё более совершенных роботов, а люди, такие как Марти, создают всё более совершенное программное обеспечение — чтобы помочь другим учёным увидеть и даже почувствовать далёкую планету глазами, инструментами и датчиками роботов. Затем учёные-люди собирают данные, анализируют их и принимают важные решения о том, что марсоходы должны исследовать дальше. Роботы практически помещают учёных на марсианскую почву. Они не заменяют настоящих исследователей-людей, а проводят разведку, чтобы расчистить путь для человеческой миссии на Марс. Благодаря этому наши астронавты отправятся на Красную планету с таким уровнем знаний и опыта, который был бы невозможен без миссий роверов.

Роботы могут помочь нам расширить сферу своего восприятия в инопланетной среде и здесь, на Земле. В 2007 году европейские исследователи под руководством Ж.Л. Денебура (J.L. Deneubourg) описали новый эксперимент, в ходе которого они создали автономных роботов, проникающих в сообщество тараканов и влияющих на их поведение. Относительно простые роботы могли чувствовать разницу между светлой и тёмной средой и перемещаться в ту или иную по желанию исследователей. Миниатюрные машины не выглядели как тараканы, но пахли как они, потому что ученые покрыли их феромонами, привлекательными для других тараканов из того же клана.

Цель эксперимента заключалась в том, чтобы лучше понять социальное поведение насекомых. Как правило, тараканы предпочитают скапливаться в тёмных пространствах вместе с себе подобными. Предпочтение темноты вполне логично — прячась в тени, они менее уязвимы для хищников или людей. Однако когда исследователи проинструктировали машины сгруппироваться на свету, остальные тараканы последовали их примеру. Они предпочли комфорт группы, несмотря на опасность света.

Эти роботы-тараканы вернули меня к воспоминаниям о моём первом разговоре с Роджером Пейном и его мечтах о плавании вместе со своими величественными друзьями-китами. Что, если мы сможем создать робота, похожего на его воображаемую капсулу? Что, если мы сможем создать роботизированную рыбу, которая будет двигаться рядом с морскими обитателями и млекопитающими, как обычное живое существо? Это позволило бы нам узнать много нового о подводном мире.

Проникнуть в сообщество морских существ и проследить за их поведением, особенностями плавания и взаимодействием со средой обитания — довольно сложно. Стационарные обсерватории не могут следовать за рыбами, а люди не могут находиться под водой очень долго.
Дистанционно управляемые и автономные подводные аппараты обычно используют гребные винты или реактивные двигательные установки, поэтому роботу трудно остаться незамеченным. Мы хотели создать нечто иное — робота, который действительно плавал бы как рыба. Этот проект мы вели на протяжении многих лет: нам пришлось разработать новые искусственные мышцы, мягкую кожу, новые способы управления роботом и совершенно новый метод движения.

Я занимаюсь дайвингом уже несколько десятилетий, и мне ещё не доводилось видеть рыбу с пропеллером. Наш робот SoFi (произносится как «Софи») движется, раскачивая хвостом вперёд-назад, подобно акуле. Спинной плавник и сдвоенные плавники по обеим сторонам тела позволяют ему плавно погружаться, подниматься и перемещаться по воде. SoFi может перемещаться рядом с другими водными формами жизни, не влияя на их поведение. Размером он со среднюю улитку.

SoFi совершил несколько прекрасных экскурсий по коралловым рифам в Тихом океане и вокруг них на глубине до 18 метров. Конечно, люди могут погружаться и глубже, но присутствие человека с аквалангом неизбежно меняет поведение морских обитателей. А несколько учёных, дистанционно наблюдающих за SoFi и время от времени управляющих им, на их поведение никак не влияют. Разместив одну или несколько реалистичных роботов-рыб, учёные смогут следить за рыбами и морскими млекопитающими, записывать их поведение и даже взаимодействовать с ними.

В конечном итоге нам хотелось бы также иметь возможность «слушать» океан. Вместе с моими друзьями Робом Вудом, Дэвидом Грубером и несколькими другими биологами и исследователями в области искусственного интеллекта мы пытаемся использовать машинное обучение и роботизированные инструменты для записи и последующей расшифровки языка кашалотов. Мы надеемся, что у нас получится обнаружить общие фрагменты вокализации китов и, в конечном счёте, определить последовательности, которые могут соответствовать слогам или даже понятиям. Люди соотносят звуки со словами, которые, в свою очередь, соответствуют понятиям или предметам. Общаются ли киты подобным образом? Мы хотим это выяснить. Если мы научимся случать морскую среду и задействуем машинное обучение, возможно, когда-нибудь мы даже сможем осмысленно общаться с этими очаровательными существами.

Полученные знания — уже сами по себе награда, но их влияние может быть гораздо более значимым. В результате открытия Роджером того факта, что киты поют и общаются, стало движение «Спасите китов». Его научное подтверждение их интеллекта подстегнуло глобальные усилия по их защите. Роджер надеялся, что изучение других видов на нашей планете может оказать аналогичный эффект. Он часто отмечал, что наше выживание как вида зависит от выживания наших маленьких и больших соседей по планете. Биоразнообразие — это часть того, что делает Землю прекрасным местом для жизни людей, и чем больше мы сможем сделать для защиты других форм жизни, тем больше шансов, что наша планета останется пригодной для жизни людей в ближайшие столетия.

Эти примеры того, как мы можем соединить сердце с чипом, чтобы расширить диапазон восприятия, варьируются от причудливых до глубоких. А потенциал для других сфер применения огромен. Экологические и правительственные организации, призванные защищать ландшафты, могли бы автономно мониторить земли на предмет незаконной вырубки лесов, не подвергая при этом опасности людей. Удалённые работники могли бы использовать роботов для работы в опасных условиях, управляя объектами на опасных ядерных объектах. Учёные могли бы наблюдать за тайной жизнью множества удивительных видов на нашей планете. Или мы могли бы найти способ удалённо увидеть Париж, Токио или Танжер. Возможности безграничны и бесконечно увлекательны. Нам нужны только усилия, изобретательность, стратегия и самый ценный ресурс из всех.

Нет, не финансирование, хотя оно тоже не помешает.

Нам нужно время.