Многоклеточный робот Лупи: как модули создают форму без центрального управления

Представьте робота без центрального процессора, без главного «мозга». Его тело собрано из отдельных живчиков-модулей, которые, как клетки в организме, договариваются между собой. Именно такое создание — по имени Лупи — построили учёные из Университета Западной Вирджинии. Его поведение рождается из хаоса, а форма возникает сама собой.

Это и рой крошечных роботов, и единое существо одновременно. Весь его секрет — в коллективном разуме, который спонтанно создаёт порядок из беспорядка.

Лупи — это кольцо из 36 идентичных «клеток». В каждой есть свой моторчик (сервопривод) и набор датчиков. Каждая клетка живёт своей жизнью, реагируя только на мир вокруг да на двух непосредственных соседей. Но когда все моторчики начинают двигаться, углы между клетками меняются — и вся конструкция неожиданно обретает форму. Как по волшебству.

Лупи умеет принимать самые разные облики и двигаться. Но учёных интересовало не просто случайное перекатывание, а рождение устойчивых, полезных конфигураций. И это случилось! Система самоорганизовалась: робот научился формировать стабильные фигуры, которые восстанавливаются даже после столкновения с препятствием. Никто ему этого не прописывал — порядок возник сам.

Идея самоорганизации не нова. Великий математик Алан Тюринг размышлял о ней ещё в 1952 году. Он предположил, что узоры на перьях птиц или раковинах моллюсков возникают благодаря реакции и диффузии химических веществ. Учёные применили эту модель к Лупи, симулировав внутри него виртуальные «химические реакции». Именно они позволяют роботу спонтанно формировать лепестковые формы и переключаться между ними. Красиво, правда?

Почему порядок из хаоса — это будущее?

Традиционно роботов проектируют «сверху вниз». Инженер заранее предугадывает все возможные ситуации и пишет под них код. Но что, если робот попадёт в условия, которые программист не предусмотрел? Он окажется беспомощным.

Это похоже на то, как мы пытаемся дать ребёнку инструкцию на все случаи жизни перед первым походом в школу. Гораздо эффективнее научить его общим принципам и позволить находить решения самостоятельно. Вот и ключевая идея Лупи — раскрыть силу коллективного «интеллекта снизу», чтобы робот сам, без человека, находил новые формы и способы действия в неожиданной обстановке.

Мечта о программируемой материи

Концепция материи, которая может менять свои свойства по команде, существует давно, но реальных прорывов мало. Да, были роботы-стаи, способные собираться в заданные фигуры, но они обычно следовали жёстким, заранее заложенным правилам.

Лупи — шаг дальше. Здесь форма и поведение всего коллектива рождаются из физических взаимодействий между соседними клетками. Это как танец, где каждый участник чувствует партнёра, а хореограф не нужен.

Что дальше? Учёные хотят научить Лупи более практичным вещам: ориентироваться в сложной среде, искать ресурсы, обходить угрозы. В идеале он должен будет выполнять задачи, поставленные человеком, но находить для них свои, неожиданные решения. Таким образом может возникнуть мост между безграничной креативностью самоорганизации и нашими конкретными целями. Интересно, какие формы он придумает тогда?