Живые машины
Текст: Айдар Фахрутдинов | 2014-04-02 | 6421
Природа – гениальный конструктор и непревзойдённый изобретатель. Вряд ли стоит удивляться, что многое, чем мы пользуемся в своей жизни, появилось только благодаря изучению живых организмов. Эйфелева башня, построенная в соответствии со структурой берцовой кости; застёжка-липучка, имитирующая крючочки репейника; наращивание зубов, копирующее принцип роста морских губок… Список, наверное, бесконечен. Неудивительно и то, что современных роботов тоже делают «по законам природы», пытаясь повторить внешность и строение животных или человека. Но природа была ограничена в своих возможностях, ведь в качестве строительного материала для живых организмов могла использовать только белковые структуры. Поэтому те решения, которые она выработала в процессе эволюции, оптимальны именно для белковых полимеров. Может ли человек, применяя более широкий перечень материалов, придумать совершенно другие принципы организации жизни, возможно, ещё более совершенные, нежели нам предлагает природа? Над ответом на этот вопрос бьются и энтузиасты-одиночки, и целые группы специалистов в разных уголках планеты. Одна из таких групп работает и в России. Знакомьтесь с нашим собеседником: Дмитрий Давидович, руководитель проекта «Живые машины».

– Дмитрий Наумович, расскажите для начала о себе. Кто Вы – учёный, бизнесмен или инженер?

Я – учёный, который хочет превращать плоды своих научных исследований в коммерческие продукты. Быть только бизнесменом я не хочу – лавры Уорена Баффета меня не прельщают. С одной стороны, у меня есть святая вера в то, что с помощью науки можно создавать выдающиеся, прогрессивные, коммерчески выгодные вещи. С другой стороны, я выступаю в роли коммерсанта, желающего продавать на ярмарке под названием «планета Земля» свои разработки.


Многие механизмы, которые, как мы считаем, в силах создавать только человек, природа придумала уже миллионы лет назад. Даже зубчатая передача, использующаяся в механике повсеместно – именно её творение. На фото: увеличенное изображение зубчатого сцепления, которое присутствует на каждой из пар задних ног у личинок насекомых семейства Issidae. Размер механизма всего 400 микрометров, но идеальная синхронизация движения ног, достигаемая за счёт сцепления зубцов, позволяет насекомому прыгать со скоростью 4 м/с.

– В чём специфика той области робототехники, которой Вы занимаетесь?

Чем больше я конструирую свои изделия, которые называю роботами, тем больше я понимаю, что это не роботы. Силиконовая долина, фактически монополизировавшая идеологию на это понятие, определяет робота как абсолютно бездушную, запрограммированную под нужды человека «железяку». Она не должна обладать какими-то сомнительными контурами, обязана безупречно служить человеку и выполнять возложенные на неё функции. Но когда ставится задача, чтобы изделие было самостоятельным, двигающимся в своей логике и подчас абсолютно игнорирующим интерес человека, то есть когда мы определяем некое право этой конструкции на своё собственное бытие, то его уже сложно назвать роботом в типовом, стереотипном понимании. Я был вынужден дать этому другой термин – alive machine, то есть «живая машина».

Собственно, живыми машинами я и занимаюсь. В некотором смысле это альтернативное роботостроение. Вы думали, что робот – это андроид? Нет! Вот вам роботы, которые не имеют никакого человекоподобия. Вы думали, что робот – это железо? Нет! Вот вам роботы, сделанные исключительно из мягких материалов. Вы думали, что робот обязательно должен быть напичкан электроникой? Нет! Вот вам роботы, где центральное место занимает механика, и где всё начинает вертеться и крутиться только за счёт движения воды или воздуха. Главное качество живых машин состоит в том, что даже при соединении всего двух деталей они уже начинают двигаться. И эти движения действительно вызывают ощущения, что это живые механизмы.

– Кто-нибудь ещё занимается этой темой?

Мой образец – великий голландский инженер и математик Тео Янсен, который делает удивительные, шагающие под действием ветра фигуры. Я знаком с ним – был у него в гостях и имел честь с ним общаться. Если обозначить высшее искусство инженерии как создание вещей, не требующих электричества и программирования, но при этом ведущих себя крайне технологично и кибернетически целесообразно, даже целесообразно-разумно, то это как раз то, что делает Тео. Это высокий уровень решения вопроса жизни машин – хаос рычагов, щепок и трубок складывается в согласованное движение.

Но я понимаю, что с точки зрения современных ожиданий этого уже мало – всё равно что совершенствовать поршневые самолёты в эпоху реактивной авиации. Поэтому для меня Тео Янсен – великий мастер, великий конструктор, но устаревший по своим предпочтениям художник, который старается решить задачи, которые он поставил перед собой в молодости, 30 лет назад, когда сначала профессор Пригожин, затем доктор Хакен явили миру науку синергетику, показав, как из ряда разрозненных систем возникает чудо – нечто совершенно новое.


Нидерландский художник и кинетический скульптор Тео Янсен создаёт самодвижущиеся сооружения, внешне напоминающие скелеты животных. Из материала Тео использует пластиковые трубки, бутылки и другие подручные средства. В движение скульптуры приводит ветер. Скульптуры также умеют «дышать». При достаточно сильном ветре излишки давления воздуха накапливаются в специальных резервуарах, поэтому даже при полном штиле конструкции не останавливаются, используя резервы. При наступлении угрожающего ветра конструкция сбрасывает якорь.

После просмотра этого завораживающего видео от Тео Янсена сомнений не остаётся  его скульптуры действительно живые:

– Что в данном случае является следующим шагом развития?

Наращивание синергетического эффекта – как раз те инженерные исследования, которые провожу я. Для меня важна такая согласованность элементов, чтобы в результате возникало некое управляющее начало, которое определяло бы деятельность всей системы. Упрощённо это можно объяснить на примере одной из моих моделей – пневмомеханического авторегулируемого насоса. В его основе – воздушный шарик, присоединённый к компрессору. Если компрессор включить – шар будет надуваться до такой степени, пока вот-вот не лопнет. Но это состояние почти лопнутости приводит к тому, что через пристроенный к шарику механизм он сам выключает компрессор и начинает сдуваться, пока практически полностью не сложится. А состояние почти полной сложенности вновь запускает компрессор. Шарик как будто «не хочет» лопнуть и «не хочет» сдуться, и для этого он вовлекает себе в помощь разнообразные приспособления, способные на него реагировать. Так, снова и снова двигаясь от минимума к максимуму и от максимума к минимуму, этот шарик становится сердцем механизма, которое, тем самым, запускает в движение целый мир элементов, параллельно выполняющих невероятное количество задач – они включаются, переключаются, поворачиваются, меняются местами. Одна из задач, которую я ставлю перед собой в этой модели, – научиться делать так, чтобы каждая деталь имела до 100 назначений – чтобы одновременно и крутила, и сдвигала, и включала, и сама себя перемещала, и останавливала… В дальнейшем вся эта штука сможет открепляться от компрессора, перемещаться, находить другой и подключаться к нему. И это уже будет поведение «с элементами разумной деятельности», хотя изначально и порождённое всего лишь «нежеланием некой пустоты», с одной стороны, превращаться в бесконечность (лопнуть), а с другой – становиться нулём (сдуться).


Дмитрий Давидович за работой.

И в этой конструкции нет никакой электроники. Это то, что я назвал 3D-механикой, поскольку каждая точка конструкции играет свою важную пространственную роль во всём технологическом ансамбле. А всем этим управляет некая незримая рука. Этот шарик я рано или поздно спрячу, «растворю» в механизме, и никто даже не будет понимать, почему конструкция движется, почему ведёт себя как разумный организм. И вот ведь удивительное дело – в живой клетке происходит нечто подобное. Это тоже 3D-механика, но только на молекулярном уровне, где движущую силу порождают «молекулярные шестерёнки», крутящиеся в огромном количестве взаимопереплетений биохимических реакций.

Оживлять машину мы будем шаг за шагом, алгоритм за алгоритмом – их у меня выявлено различными экспериментами порядка сорока. В этих алгоритмах заложены и вопросы утилизации (смерти), и самосохранения, и самопостижения, и формирования особой механической восприимчивости (сенсорики), даже эмоций и дальнейшей трансформации (развития). Естественно, ещё необходим целый набор конструкторских экспериментов, которые уже сейчас будоражат ум любопытными результатами, которые мы можем получить. Нельзя исключать и фактор случайности – на каком-то этапе мне придётся относиться уже не к той реальности, которую создаю я, а к той, которую машина создала сама для себя. В точности как ребёнок, который какое-то время воспитывается родителями, но потом начинает их удивлять какими-то самостоятельными решениями. Это, кстати, тоже один из 40 алгоритмов.

– Откуда Вы берёте идеи для своих разработок?

Я тщательно изучаю историю техники, уделяя этому очень много времени. У меня огромная библиотека по истории техники, и не проходит ни одного вечера, чтобы я её не читал. Я могу много чего рассказать, начиная от античной автоматизации до современной мехатроники, неплохо знаю эволюцию многих видов техники (оружие, самолёты, андроиды, счётные машины, часовые механизмы, механические люди и животные) и конкретных конструкций (рычаги, подъёмники, прессы, печатное оборудование, паровые, дизельные, электрические машины), работы гениальных мастеров прошлого (Герон Александрийский, Ктезибий, Архимед, Леонардо да Винчи), и всякие их хитрости типа лабиринтов-ловушек с потайными дверками. Всё это многообразие я постоянно систематизирую, принципиально глубоко копая до самых корней – что, когда, зачем и как появилось, с отслеживанием дат и имён, взаимных связей мастеров, использованных инструментов и приёмов. И вот в этих облаках и сверкают идеи.

История подтверждает, что всё новое – это хорошо забытое старое. Могу обозначить тот факт, что обращение к тому типу механики, которым занимаюсь я, предпринимались неоднократно – начиная с Архимеда, Герона Александрийского, ряда арабских и китайских изобретателей. Есть масса древних механизмов, которые в силу сложности сегодня даже не могут воспроизвести, а если и могут, то за очень большие деньги. Например, играющую пианистку, состоящую из более 2,5 тысяч уникальным образом состыкованных механических элементов и созданную в 18 веке Анри и Пьером Дрозами, сегодня способны повторить только 2 компании, тратя на изготовление этого удовольствия около трёх лет и 1,5-2 миллионов долларов.


Самый сложный автоматон часовщиков Анри и Пьера Дрозов – «Каллиграф» – состоит из 6000 деталей. Он может писать текст, используя 40 букв. Текст закодирован на колесе и буквы выбираются последовательно друг за другом. Мальчик использует гусиное перо, которое он периодически макает в чернильницу, при этом встряхивает перо, чтобы избежать кляксы. Глаза атоматона двигаются вслед за текстом, и голова поворачивается к чернильнице, когда он макает в неё перо. Хотя «Каллиграф» был создан ещё в 1772 году, он до сих пор находится в рабочем состоянии.

До 19 века искусство создания механических «игрушек» было очень развито, но вытеснилось усилиями Фарадея, Дэви, Максвелла, Теслы, Эдиссона. Механика перешла в область оружейной техники, двигателей внутреннего сгорания, электроэнергетики и станкостроения.

Попытка реанимировать ситуацию была произведена первым поколением кибернетиков – они создали грандиозный поворот в переосмыслении моделей жизни. Но очередные детища прогресса – теперь уже ракетная техника, микроэлектроника, цифровые технологии  – вновь перетянули на себя всё внимание. Задел, который сделали механики прошлого, так и не был освоен, хотя по своему потенциалу он просто огромен. Поэтому для меня он является сразу и предметом изучения, и источником для новых идей.

– А почему Вы в принципе всё это делаете?

Я понимаю, что могу просто заниматься своим бизнесом – коммерческой сборкой и продажей 3D-принтеров; могу просто зарабатывать деньги, в то время как в науке, в технологиях будут происходить какие-то удивительные вещи. А дальше, сидя у телевизора, я буду радоваться тому, что застал это светлое время, жил в золотую эру. Интересная перспектива, приятная, но получается, что в ней я совершенно ни при чём – не совершаю личного сверхусилия, чтобы стать сопричастным тем потрясающим вещам, которые разворачиваются вокруг. А как тогда быть с идеями, возможностью бросить вызов уже сложившимся стандартам и попытаться предложить альтернативные варианты прогресса, которые уже в полный рост стоят перед глазами?

То, над чем работаю я, и к чему стремится вся наша лаборатория в конечном итоге – это создание параллельной механической эволюционирующей цивилизации, с совершенно другой судьбой, нежели та, что возникла из первичного «бульона» органических веществ, как это описано в теории Опарина. У моей команды нет тех нескольких роскошных миллиардов лет, которые были в запасе у природы, но у нас есть данный ей же «ускоритель» под названием «разум» – вот им-то мы и стараемся воспользоваться по полной и совершить отчаянную попытку «раскачать» наши железяки и запустить эволюционные процессы саморазвития в механических системах; включить точки роста, чтобы прямо на наших глазах машины начали делать сами себя, и даже переделывать друг друга в мыслимые и немыслимые модели, которые трансформируются, развиваются, конкурируют друг с другом за какие-то ресурсы и при этом боятся смерти, пусть и не в привычном для человека морально-психологическом плане. Интерпретацию понятия «смерть» на механическом уровне нам ещё предстоит найти.

Возможно, предваряя ваш следующий вопрос, сразу скажу: я категорически против брать на себя роль Высшего Творца. Я – глубоко верующий человек. Я считаю, что Создатель объединил множество сердец моих предков, чтобы в итоге на свет мог появиться и я. Он создавал массу вариаций, чтобы я стал таким, какой есть, и думал так, как думаю. Я даже не считаю себя изобретателем всех этих устройств – я всего лишь ищу, извлекаю и структурирую то, что уже и так без меня существует. Курчатов ведь тоже не создавал атома, но смог выпустить скрытую в нём энергию.

– Как формировали коллектив под решение подобных задач?

Команду я собирал в течение двух лет по типу «коллективный разум взаимного дополнения и усиления». В этой команде всё делается быстро, слаженно и последовательно. Есть свой кодекс креативного механика. Нет тупых исполнителей, каждый находится на своём месте и знает, что нужно делать. Задачи удерживаются в голове. При этом у каждого своя специализация: исследование, моделирование, макетирование, монтаж, наладка, тестирование, проверка, включение параллельных процессов... Первые роли занимают два человека – технический модератор, который ведёт общую линию, хорошо чувствует производственный процесс, следит за временем создания очередной модели и отвечает за конечный результат процесса, и координатор – тот, кто быстро коммуницирует, устанавливает дополнительные кооперативные связи, в нужный момент связывается, списывается, звонит, договаривается, корректирует последовательность взаимодействия, в общем, выравнивает всю линию фронта.




Команда проекта "Живые машины".

Когда ко мне приходят новички, я их сразу же бросаю на сборку какого-нибудь сложного агрегата, но так, чтобы они не напортачили, и за час-два уже понимаю, что в них проявляется. Становится абсолютно ясно, у кого есть техническая жилка, у кого – изобретательские наклонности, а у кого нет ни того, ни другого. У нас, кстати, есть и гуманитарная часть работы – техническая журналистика, которая проявляется в ведении блогов в Фейсбуке и ВКонтакте.

Часто бывает, что приходят очень крутые специалисты, которые много что умеют делать, но на простых задачах, что удивительно, ломаются. Ни разу меня не разочаровывали только баумановцы – это какой-то невероятно высокий уровень. На поставленную задачу они, бывает, говорят: «Хорошо, это, конечно, невозможно, но мы придумаем, как это можно сделать». И ведь делают! А у меня душа начинает петь – я чувствую, что это те люди, с кем можно горы ворочать. Единственное, сейчас я рассказываю о ребятах своего поколения (80-е годы), современная молодёжь пока послабее.

– Сколько ещё времени понадобится, чтобы полностью реализовать замысел, и где те ключевые точки, через которые Ваши разработки смогут быть капитализированы?

Я бы хотел, чтобы «симфония параллельной механической жизни» была написана в ближайшие 10 лет, поскольку результаты своего труда жажду увидеть ещё при жизни. Вообще, свою деятельность я сравниваю с продюсированием, и как человеку, «снимающему кино», мне хочется самому сесть в кинозал и посмотреть на свой продукт. При этом я реалист и хорошо понимаю, что всю эту грандиозную механическую цивилизацию сходу не продать – публика беспощадна, у неё есть сложившиеся стереотипы и повседневные предпочтения, которые «обломали» далеко не одного новатора. Поэтому делать придётся постепенно развивающийся сериал, делить его на сезоны и каждую серию показывать в строго определённое, удобное для рынка время. Серия – это линейка продукции из 5-6 наименований, служащая источником дохода, который будет реинвестироваться в самое интересное – то, что зритель увидит дальше. Да и, честно говоря, нет у меня пока таких денег, которые можно было бы сразу ввалить в этот многоэтажный «Институт Механической Цивилизации».


Конструкторы, разрабатываемые в рамках проекта.

Свой первый сезон я начинаю уже в этом году. Это будет серия конструкторов, демонстрирующих умную и развлекательную механику. С её помощью можно будет собирать относительно простые девайсы, которые просто ставятся на стол и несколько «оживляют» его. Например, различные типы ночников, которые поворачиваются, мигают и следят за вашими действиями; механические цветы, которые реагируют на человека; различные дышащие, перемещающиеся, пыхтящие существа, за которыми интересно наблюдать… Это маленький сегмент той необъятной и бурно развивающейся сферы, которую  называют  «умным домом» или «умным офисом». Думаю, что в будущем привязывать к платформе умного дома всевозможные развлекательные девайсы станет нормой.

– На какую рыночную нишу ориентируетесь? Это конструктор для ребёнка?

Делая первую серию своего кино, я постараюсь удержаться на грани развлекательных девайсов полезного назначения, которые можно сконструировать собственными руками. Мой потребитель – это человек, у кого есть необходимость в буквальном смысле оживить среду, в которой он живёт и работает.

Что касается детей, то сегодня ребёнок имеет больше предпочтений в области хай-тека, чем самый продвинутый взрослый. Но спектр предпочтения у современных детей жёстко избирателен. Когда я показываю какую-нибудь невероятную штуковину детям ясельного возраста, то она как-то не шибко их привлекает, но зато обнаруживается куча подростков 10-15 лет, проходящих в неописуемый восторг и готовых забрать её себе. Поэтому для меня подростки, безусловно, выдающиеся проводники на рынке.

В целом же прогресс всегда нуждался и нуждается в хорошем промоуте: если участвовать в выставках, организовывать шоу-румы, снимать интересные ролики и выкладывать их на Youtube, то группа интересантов, вне сомнения, сложится.

– Как Вы собираетесь организовывать производство и на какой масштаб ориентируетесь?

Организация производства – это то, что я умею делать, наверное, лучше всего. В моей жизни было очень много проектов, где требовалось решать системно-организационные задачи. Станки, люди, внутренняя эргономика, внутренняя логистика, производственный цикл со своим графиком, ритмом, расписанием, распределённой во времени схемой процесса, учёт товарно-денежных средств – в общем, целый мир. И это моё наследие – производством управлял мой папа, производством управлял мой дедушка. Даже мой прадед управлял производством. А я с 5 лет был при них на заводе, потому что деть меня было больше некуда.

Очень многому я научился у китайцев, да и по-прежнему продолжаю это делать. С 2010 года я отбросил все ложные стереотипы и знания из учебников в части того, как надо организовывать компанию. Всё забыл и пошёл работать на завод – мы с китайцами арендовали несколько цехов, и я изнутри наблюдал, как они всё организуют и работают.


Теперь, благодаря своим знаниям, контактам и договорам в Китае, я могу достаточно быстро перевести в общем-то любую опытную модель в серийное производство. На запуск серийного продукта одного артикула мне нужно примерно полгода. Выпускаться будет от 2 до 10 тысяч экземпляров продукта, при соответствующем инвестировании, конечно. На пять-шесть артикулов меня, пожалуй, хватит – это мой сегодняшний организационный ресурс, так сказать, предел личной маневренности. Без группы помощников большего я не потяну. Чтобы тема состоялась на рынке, нужно выпускать коллекцию из 6-10 типов конструкторов, иначе ни один рынок меня не воспримет.

– Не боитесь, что китайцы скопируют Ваши разработки и заполнят рынок собственным продуктом, тем более что производство Вы планируете организовать на их территории?

Не боюсь. Конечно, они смогут собрать собственный конструктор, но не поймут, какой следующий шаг нужно сделать. Конструктор – это всего лишь один маленький квадратик в целостной картинке, которая является результатам трудоёмкой и длительной исследовательской работы.

За каждый сезон мы будем раскрывать несколько из тех алгоритмов, о которых я говорил выше, и это позволит нам всегда быть впереди наших подражателей.

– За счёт чего собираетесь удерживаться на плаву сейчас, пока производство не налажено?

За счёт бизнеса, которым занимаюсь уже не один год – торговли специфическими комплектующими на рынке «Do It Yourself» (DIY) в области современных станков с ЧПУ, девайсов. У меня сейчас порядка 70 заказчиков, которым нужны комплектующие для 3D-принтеров, фрезерных, токарных, листогибочных, лазерных станков с ЧПУ, различные контроллеры, электроника. Многие знают, что я могу достать любую дефицитную деталь для механики. Зубчатая рейка, зубчатый шкив, зубчатый ремень – пожалуйста, фланцевый подшипник, шарико-винтовые, рельсовые направляющие – не вопрос, шаговый двигатель любых габаритов и драйверы к нему – легко. Я на этом зарабатываю деньги, которые и направляю на свои исследования, на создание цивилизации живых машин, параллельной человеческой.

 

Понравился текст? Зайдите на eRazvitie.org – там ещё много интересных материалов. Подпишитесь на eRazvitie.org в Фейсбуке и ВКонтакте, чтобы не пропустить ничего нового.