Вдохновленные примером термитов, ученые создали принципиально новый вид роботов-строителей. Эти маленькие роботы способны построить здание без чертежей и схем, без архитектора и прораба и вообще без центрального управления. Они действуют автономно, каждый сам по себе, руководствуясь набором из нескольких простых правил.
На огромных равнинах Намибии миллионы крохотных строителей-термитов возводят монументальные сооружения. При строительстве они не руководствуются ни общим планом, ни командами из центрального управления. Каждое насекомое действует в соответствии с обстоятельствами, исходя из требований конкретной ситуации. Какое действие предпримет термит на данный момент, зависит только от того, что делал здесь до него его собрат. Такой принцип координации действий называется стигмергическим.
Термитники в пустыне напоминают города. Разные колонии термитов имеют свой «архитектурный стиль», который передается генетически; постройки очень крепкие, вентилируемые, с поддержкой необходимой температуры внутри.
Вдохновленные примером неутомимых тружеников-насекомых, ученые из Гарвардского университета создали маленьких роботов-строителей или роботов-термитов.
Новейшие роботы примечательны тем, что способны возводить здания без начального плана строительства и руководящего центра. Роботы-строители действуют сообразно обстановке «здесь и сейчас».
Роботы-термиты за работой.
Каждый маленький робот-строитель руководствуется при работе простейшими правилами поведения.
— Робот передвигается только по часовой стрелке, чтобы не затруднять движение другим роботам и не создавать «пробок на дороге».
— Маленький строитель может подниматься вверх и спускаться вниз на одну ступеньку, поворачиваться вокруг своей оси.
— Робот-термит воспринимает положение строительных кирпичей и умеет их брать, переносить и складывать друг на друга.
— Класть кирпичик не разрешается, если справа и слева уже есть по кирпичику. Это правило было внедрено, чтобы не ограничивать маневренности робота.
— Наверх можно положить кирпичик только при условии наличия рядом ступеньки, чтобы робот мог слезть обратно за строительным материалом.
— Робот-строитель периодически «обходит» всю конструкцию и, найдя несоответствие, устраняет его.
Действия, которые запрещены роботам-термитам.
A — если имеется промежуток, шириной в кирпич, то туда кирпич нельзя вставлять; в противном случае робот может застрять.
B — пристраивать кирпичи предпочтительно справа и слева от уже положенного первого кирпича (серый); в результате получаются линии.
C — такого цикла получиться не может, так как в этом случае роботу придется вставлять кирпич в промежуток между двумя соседними.
D — такие высокие коридоры робот строить не может, так как застрянет на повороте.
Можно ли, имея в распоряжении только эти правила, построить дом?
Оказывается, можно. И три маленьких робота-строителя это убедительно доказали. Они деловито сновали вокруг строящегося здания, поднимались вверх и аккуратно спускались вниз, старательно обходили друг друга и укладывали кирпичи. Здание все росло и росло, и вот – перед удивленным зрителем предстала уменьшенная копия пирамиды Чичен-Ица, затем известного здания Эмпайр-стейт-билдинг.
Конечно, роботам была задана конечная цель постройки в виде набора координат в пространстве, которые должны быть заполнены кирпичами. Иначе у роботов получилась бы ветвящаяся конструкция, похожая на лабиринт расходящихся дорожек.
Но как бы там ни было, новейшие роботы-строители с поставленной задачей прекрасно справились. Причем, каждый раз они выстраивали здание новым способом.
Стадии строительства модели Эмпайр-стейт-билдинг.
Роботы-термиты доказали, что, руководствуясь всего лишь несколькими правилами поведения, можно достигнуть сложного конечного результата. Разработчики считают важной особенностью тот факт, что система лишена централизованного управления, при котором необходим тщательный анализ большого объема информации и принятие оптимальных решений для координации действий отдельных элементов.
Так выглядит новейший робот-строитель. Его параметры: 17*X11*X12 см, вес 800 г, детали выполнены на 3D-принтере. Вид сбоку: 1 — трехлучевые колеса, удобные для преодоления препятствий и для шагания по ступенькам вверх и вниз; 2 — хваталки кирпичей, которые поднимают кирпич из общей стопки и сгружают его на место; 3 — держалки для кирпичей; 4, 5 — инфракрасные сенсоры, распознают черное и белое, оценивают расстояние вверх и вниз; 6 — ультразвуковые сенсоры (эта система подсмотрена конструкто рами у летучих мышей, а не у термитов). Три автономных моторчика приводят конструкцию в движение, заряда хватает на час-полтора. «Кирпич» размером 21,5*X21,5*X4,5 см и весом 200 г. сделан из пенополиуретана с 16 неодимовыми магнитами по всем граням (8); форма приспособлена для хваталок робота (7, 9-11).
Автономно действующая система роботов-строителей открывает широкие перспективы для человечества в вопросах сооружения объектов в труднодоступных районах Земли, выполнения скучной и однообразной работы, борьбы со стихией. И, возможно, недалек тот день, когда армии новейших роботов-термитов полетят на Луну, Марс и другие планеты, чтобы подготовить там базы к прилету землян-колонистов