Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

В 2014 г. группа Карен Лю из Технологического института Джорджии сумела построить по образцу кошки робота, способного динамически подправлять свое положение в воздухе, чтобы принять нормальную ориентацию. Внешне этот робот не слишком похож на кошку. Он построен в виде трех соединенных шарнирами секций, которые способны сгибаться независимо друг от друга и управлять ориентацией по Кауфману, при помощи неголономного планирования движения. Их робот был не готов к скорости и ударам реального свободного падения, поэтому исследователи испытывали его в скольжении вниз по наклонной доске, с многообещающими результатами. Работа привлекла к себе внимание всей страны, хотя некоторые статьи представляли ее выводы с некоторой иронией: «Так что в далеком будущем, когда вы увидите, что со скалы на вас сверху прыгает ужасный робот, вы сможете сказать, что во всем виновата кошка»^{34}.

В 2017 г. и другие группы добились значительного прогресса в задаче о падающей робокошке. В ходе совместного проекта исследователи из Британии и Ирана разрабатывали модели робокошек возрастающей сложности — из двух секций, затем из трех, затем из восьми — и проектировали для машины систему управления, которая избегала бы «сингулярностей», то есть умела бы обходить проблему буриданова осла. Постройка прототипа планируется^{35}.

Стоит упомянуть также падающего робота, которого спроектировали Морган Поуп и Гюнтер Нимейер в лаборатории сети Disney Research в 2017 г.^{36} Их машина вообще не похожа на кошку. Она выглядит как обвешанный схемами кирпич, называется подходяще — «Бинарный роботизированный инерциально управляемый кирпич» (Binary Robotic Inertially Controlled brick, BRICK) — и меняет ориентацию в воздухе согласно представлениям Максвелла. Кирпичу перед падением придается быстрое горизонтальное вращение, а далее он внутренне управляет своим моментом инерции и меняет тем самым скорость вращения. Ученым удалось показать, что такой робот способен самостоятельно менять ориентацию в достаточной степени, чтобы успешно пролететь сквозь отверстие в форме кирпича.

Первый, возможно реальный электронный прототип робота, имитирующего падающую кошку, внешне хотя бы отдаленно напоминающий кошку, построили три китайских исследователя — Цзясюань Чжао, Лу Ли и Баолинь Фэн^{37}. Модель кошачьего переворачивания, которую они используют, основана в первую очередь на методе «сложись и крутись», но при этом ногам робота позволено свободно болтаться на шарнирах, чтобы оптимизировать движение. Сам робот, хотя и производит сильное впечатление, действует, судя по всему, по заранее прописанному жесткому алгоритму и не оценивает оптимальные для приземления движения на лету, как это делает реальная кошка. В робототехнике падающей кошки полное согласование математики и механизмов пока не достигнуто.

Обычные шагающие и бегающие роботы, однако, к настоящему моменту сделали резкий рывок в своем развитии. Начиная с 2013 г. компания Boston Dynamics разрабатывает гуманоидного робота по имени Атлас, обладающего поразительной степенью координации. Атлас — крупный образец, его рост составляет примерно 180 см, а весит он около 150 кг. В 2017 г. компания выпустила видеосюжет, в котором Атлас запрыгивает на ящики и даже делает сальто назад. Еще через год она выпустила видеосюжет, в котором Атлас бегает по траве и пересеченной местности. Как написал в сети один комментатор, «теперь робот Атлас компании Boston Dynamics сможет гоняться за вами по лесу»^{38}. Если оставить в стороне апокалиптические прогнозы, то Атлас показывает, какой путь развития прошли роботы с того времени, когда «Данте II» безуспешно пытался выбраться из вулканического кратера на шести ногах. Тем не менее роботов не стали меньше бояться с тех пор, когда 100 лет назад на свет появился Геркулес, паровой родич Атласа.

Не каждый создаваемый в лабораториях робот представляет собой потенциальную угрозу человечеству. Инженеры копании по выпуску игрушек Hasbro сотрудничают с исследователями Университета Брауна, пытаясь усовершенствовать свои первоначальные разработки по созданию роботизированной кошки-компаньона по имени Доступный роботизированный интеллект для поддержки пожилых людей (Affordable Robotic Intelligence for Elderly Support, ARIES)^{39}. Этот робот, внешне похожий на кошку, умеющий мурлыкать и мяукать, подобно кошке, спроектирован как недорогой спутник и помощник для пожилых людей. ARIES обладает ограниченными двигательными функциями, имитирующими движения живой кошки: к примеру, он перекатывается на спину, чтобы ему почесали брюшко; кроме того, его можно запрограммировать так, чтобы он напоминал хозяину о необходимости визита к врачу и времени приема лекарств. Современные роботы, помимо всего прочего, могут обладать шерстью и иметь забавный характер — природные качества кошек.

11. Проблемы кошачьего переворачивания