Пожалуй, у вас уже есть как минимум два вопроса — почему Чарли и почему сом? Что ж, обо все по порядку, и начнем с имени. В 60-ые годы в США была популярна реклама с тунцом Чарли, талисманом компании StarKist, занимающейся, как вы уже догадались, производством тунца. Эта реклама стала настолько вирусной, что фраза «Прости, Чарли» про невезучего тунца быстро вошла в американский лексикон.
Поэтому, когда в 1990-х годах Управление передовыми технологиями и программами ЦРУ начало проводить исследования, связанные с рыбами, «Чарли» оказалось идеальным кодовым именем. Ну, за исключением того, что Чарли из ЦРУ был сомом. И это был робот.
А точнее, Чарли был беспилотным подводным аппаратом (БПА), предназначенным для тайного сбора проб воды. При помощи радиоуправления пилот мог управлять таким «сомом», если он находится в прямой видимости. О конструкции «радиорыбы» нам мало что известно, за исключением того, что она имела прочный корпус, балластную систему и мощный радиоприемник, а в ее хвосте располагалась двигательная установка.
При длине в 61 сантиметр Чарли уж точно не устанавливал никаких рекордов — некоторые виды сомов могут вырастать до 2 метров. Собрал ли Чарли какую-либо полезную информацию — также неизвестно, поскольку многие подробности его миссий все еще засекречены.
Тот самый тунец Чарли из рекламы.
Для исследования водной среды нет ничего лучше робота
ЦРУ было далеко не единственной организацией, сделавшей рабочий БПА, и даже не первой из них. В Соединенных Штатах такие исследования всерьез начались в 1950-х годах, когда ВМС начали финансировать разработку технологий для глубоководных спасательных операций.
Аарон Марбург, главный инженер-электрик и компьютерщик, который работает над БПА в Лаборатории прикладной физики Вашингтонского университета, отмечает, что глубины мирового океана в основном закрыты для судов с экипажем. «Природа океанов такова, что мы можем исследовать их только с роботами», — сказал он. По его словам, чтобы изучить эти неизведанные регионы, «мы вынуждены решать технические проблемы и заставлять роботов работать».
Один из самых ранних БПА находится в холле возле офиса Марбурга: это Самоходный подводный исследовательский аппарат или SPURV, разработанный в Лаборатории прикладной физики в конце 50-х годов. Первоначальной целью SPURV был сбор данных о физических свойствах морей и океанов, в частности информации о температуре и скорости звука (по ней можно понять, например, соленость воды — прим. перев.).
В отличие от Чарли, который действительно выглядел как рыба, SPURV имел более ожидаемую форму торпеды, которая больше соответствовала его предназначению. Его длина составляла чуть более 3 метров, он мог погружаться на глубину 3600 метров, развивать максимальную скорость 2,5 м/с и работать в течение 5,5 часов от аккумулятора. Данные записывались на магнитную ленту, а затем передавались на фоточувствительный ленточный самописец или другой компьютерный носитель, с которого в дальнейшем строились графики с помощью мощного ПК тех лет, IBM 1130.
SPURV был похож на обычную торпеду, что не удивительно: для его задач мимикрировать под рыбу не требовалось.
Со временем инструменты SPURV стали более продвинутыми, а масштабы проекта значительно расширились. В одном исследовании, например, SPURV оснастили флуорометром для измерения объемной доли различных красителей в воде, что позволяло исследовать загрязнение океанов. Проект был настолько успешным, что были разработаны дополнительные БПА типа SPURV, которые в конечном итоге выполнили почти 400 миссий к моменту завершения проекта в 1979 году.
Марбург говорит, что работа над подводными роботами означает балансирование между техническими рисками и целью миссии, с поправкой на ограниченное финансирование. Поддержка чисто умозрительных исследований в этой области встречается редко. Таким образом, основная идея состоит в создании простых, эффективных и надежных БПА. «Никто не хочет писать своим спонсорам отчет, говоря «извините, батареи разрядились, и мы потеряли нашу роботизированную рыбу за миллион долларов в подводном течении», — говорит Марбург.
Роборыба по имени SoFi
После SPURV появилось много других беспилотных подводных аппаратов различных форм и размеров для различных миссий, разработанных в США и других странах. БПА и их автономные собратья, АБПА, в настоящее время обычно используются для научных исследований и наблюдений.
По крайней мере некоторые из этих роботов были вдохновлены рыбами. Например, в середине 1990-х инженеры Массачусетского технологического института работали над «роботунцом» по прозвищу, сюрприз, Чарли. Как и у того рекламного тунца, у него была двигательная установка, имитирующая хвостовой плавник настоящей рыбы. Это был серьезный шаг в сторону от винтов, используемых в БПА по типу SPURV.
Но этот Чарли никогда не плавал сам по себе: он всегда был связан рядом коммуникаций с «берегом». Следующая попытка группы из Массачусетского технологического института, «робощука» по имени Ванда, преодолела это ограничение и могла свободно плавать, но так и не научилась избегать столкновений со стенками своей тестовой камеры.
Перенесемся на 25 лет вперед, когда команда из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института представила SoFi, максимально рыбоподобного робота, предназначенного для плавания рядом с настоящими рыбами, не беспокоя их. Работая под управлением модернизированной консоли Super Nintendo (ага, управляли ей при помощи джойстика), SoFi могла нырять более чем на 15 метров, контролировать свою плавучесть и плавать до 40 минут без подзарядки аккумулятора.
Отметив, что создатели SoFi тестировали своих роботов-рыбок в великолепных водах курорта Фиджи, Эван Акерман из IEEE Spectrum метко отметил: «Часть меня убеждена, что робототехники берутся за подобные проекты ... просто потому что это отличный способ оправдать поездку в экзотическое место».
Софи, Ванда и оба Чарли — все это примеры биомиметиков. Это термин, введенный в 1974 году, описывает технические устройства, которые повторяют действия каких-либо живых организмов.
Иногда полученная технология оказывается более эффективной, чем ее естественный аналог — это обнаружил Ричард Джеймс Клэпхэм, изучая роборыб для своей докторской диссертации в Университете Эссекса в Англии. Под наблюдением эксперта по робототехнике Хуошен Ху Клэпхэм он изучил плавательные движения обыкновенного карпа Cyprinus carpio. Затем он разработал четырех роботов, которые использовали «карпоподобное» плавание, и самым успешным среди них был iSplash-II.
Робокарп iSplash.
При испытаниях в идеальных условиях — то есть в емкости длиной 5 метров, шириной 2 метра и глубиной 1.5 метра — iSpash-II смог развить максимальную скорость 11.6 длин тела в секунду (или около 3.7 м/с). Это быстрее, чем могут настоящие карпы, у которого максимальная скорость составляет около 10 длин тела в секунду. Однако на коротких дистанциях, таких как быстрый бросок вперед для спасения от хищных рыб, iSplash-II не дотягивал до пиковых характеристик реальных карпов.
Конечно, одно дело — купаться в тестовом бассейне или в спокойном озере. Совсем другое дело — выжить в турбулентностях набегающей волны. И последнее — это как раз то, что робототехник Кэтрин Далторио смогла подробно изучить.
Далторио, доцент Кейсовского университета и содиректор Центра биологических исследований робототехники, изучала движения тараканов, дождевых червей и крабов, чтобы понять, как построить более совершенных роботов. Наблюдая за тем, как краб перемещается с песчаного пляжа на мелководье, не сбиваясь с курса волной, она вдохновилась на создание робота-амфибии с заостренными изогнутыми ногами, которые позволяли ему прочно закрепиться на песке. Такая конструкция дала возможность ее роботу выдерживать нагрузки до 138% от веса его тела.
В своих проектах Далторио следует знаменитому изречению архитектора Луи Салливана: «форма следует за функцией». Она не пыталась подражать эстетике природы — ее робот лишь мимолетно напоминает краба, но при этом обладает лучшими функциональными возможностями. Она смотрит на то, как животные взаимодействуют с окружающей средой, и «крадет» лучшие идеи эволюции.
У Далторио получился скорее паук, а не краб.
И все же, признает Далторио, есть место и для реалистично выглядящих роборыб, как минимум потому что они могут захватить воображение и вызвать интерес к робототехнике или биологии. И, в отличие от гиперреалистичных гуманоидов, роборыба вряд ли попадет в «зловещую долину».
Примеров таких реалистичных роботизированных рыб хватает. Так, Ryomei Engineering, дочерняя компания Mitsubishi Heavy Industries, разработала аж несколько видов: робо-целакант, роботизированный золотой кои и роботизированный карп. Целакант был разработан в качестве учебного пособия для аквариумов, чтобы показать людям реалистичный образец редко встречаемой рыбы, которую большинство знают лишь по окаменелостям. Тем временем инженеры из Университета Китакюсю в Японии создали «Тай-робота-куна», морского леща, очень похожего на живого. А команда Evologics, базирующаяся в Берлине, разработала робоската BOSS.
Какова бы ни была официальная цель их создания, такие реалистичные роборыбы могут помочь нам в разработке новых подводных судов, а также поспособствовать в открытии тайн мирового океана.
