Урок кибербиологии: инженеры из РФ создают уникальных робоптиц и роборыб

Где биоморфные технологии найдут применение

Российские инженеры разрабатывают уникальные летательные и подводные дроны — робоптиц и роборыб. Такие аппараты внешне выглядят как живые существа, передвигаются схожим с ними образом с учетом природной биомеханики и работают бесшумно, в отличие от обычных беспилотников. Они будут незаменимы в сельском хозяйстве, наблюдении за живыми объектами, могут использоваться в целях экомониторинга, разведки и охраны территорий. Орнитоптеры (роботизированные птицы) также могут применять в аэропортах. Подробнее о технологии, позаимствованной у природы, читайте в материале «Известий».

Роботы в воде и в небе

Ученые лаборатории нейробиоморфных технологий МФТИ занимаются разработкой уникальных зооморфных беспилотных движущихся аппаратов. В отличие от антропоморфных, то есть человекоподобных, которые перемещаются так, как это делают люди, такие роботы повторяют структуру и способы перемещения различных животных. Так как все живое — продукт эволюции, природа оптимизировала способы перемещения в пространстве живых существ, и именно поэтому их изучение крайне интересно для создания техники будущего, рассказал «Известиям» заведующий лабораторией нейробиоморфных технологий МФТИ Виктор Казанцев.

— Птица, в отличие от всех других воздушных обитателей, живых или неживых, может планировать.

Тем самым, соответственно, решать вопросы безопасного приземления, с одной стороны, а с другой стороны, — задачи энергоэффективности. Но есть проблемы. Как выяснилось, мы не знаем, как птица летает. Принципы полета прекратили изучать примерно в 1940-е годы, полностью переключившись на самолетостроение. А буквально последние десять лет наблюдается бум интереса к биоморфным машинам. Это связано, в том числе, с развитием искусственного интеллекта, — рассказал он «Известиям».

Как объяснил ученый, биомеханика маха крыла очень нетривиальная. И решить ее чисто математически не представляется возможным. А с применением ИИ есть уверенность, что удастся найти нужное решение. На сегодняшний момент в лаборатории сконструированы прототипы нескольких орнитоптеров (так называют роботизированных птиц), робособаки, а также роборыбы. Пока на них возможно отработать только некоторые функции будущих машин нового типа. Однако постепенно будет решен ряд задач, связанных с передвижением, управлением и так далее.

— Из преимуществ, которые потенциально будут у такого рода машин, первое — это безопасность. Второе — это энергоэффективность. И третье, с точки зрения практического применения, — это бесшумность работы. От тех же вертолетов и коптеров огромное количество шума, — отметил Виктор Казанцев.

Зооморфные роботы имеют потенциальное применение в военной разведке, экологическом мониторинге и защите окружающей среды. Они будут незаменимы в сельском хозяйстве, наблюдении за живыми объектами в целях экомониторинга, в целях разведки и охраны территорий и так далее, полагают разработчики. Орнитоптеры также могут использовать в аэропортах для отпугивания птиц.

Зачем нужны робоптицы и роборыбы

Специалисты МФТИ сотрудничают с учеными БФУ имени Канта, где работают над созданием роборыб. Там разработали уникального робота-тунца в первую очередь для исследовательских целей, чтобы ответить на вопрос, как именно двигаются рыбы. В будущем на основе полученных данных можно создать корабли или подводные лодки, которые будут потреблять во много раз меньше энергии, чем существующие, пояснил «Известиям» старший научный сотрудник Балтийского центра нейротехнологий и искусственного интеллекта Сергей Лобов.

— Мы пытаемся понять, как двигаются рыбы и за счет чего они достигают высокой энергоэффективности.

Они в десятки раз более эффективно используют энергию, чем существующие подводные лодки и корабли с крутящимся винтом. Потом мы сможем реализовать эти принципы в конструкции плавательных средств, — сказал Сергей Лобов.

Если говорить о робоптицах, то это конструкции, у которых есть тело (в нем находятся основные системы управления), голова, которую можно оснастить компьютерным зрением и камерами видеонаблюдения, и крылья. Управление аппаратами осуществляется с пульта, как и при работе с обычными квадрокоптерами. Планируется, что система будет совмещена с искусственным интеллектом.

— Основное — это совместить нейроуправление с экспериментальным образцом, который у нас имеется, для обучения этой робоптицы видеть окружающую среду, ориентироваться в пространстве, знать, куда лететь и что нужно делать для того, чтобы компенсировать какие-то неблагоприятные воздействия на пути, — рассказал «Известиям» инженер лаборатории нейробиоморфных технологий МФТИ Владимир Щапин.

Сейчас есть несколько прототипов различных моделей, которые имитируют отдельные биологические виды с разной конфигурацией крыла. Например, инженеры работают над прототипом роботизированной вороны, которая создана для проверки подъемной силы при изменяемой площади крыла. Также уже создан работающий прототип в виде хищного канюка, на котором испытали подъемную силу тяги при максимальной нагрузке, рассказал старший научный сотрудник лаборатории нейробиоморфных технологий МФТИ Иннокентий Кастальский.

Рынок биоморфных технологий

Работы по созданию биоморфных и зооморфных роботов ведутся уже достаточно давно. Первые образцы различных дронов появились еще в начале 2000-х годов, рассказал «Известиям» ведущий инженер Центра компетенций НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ им. Н.Э. Баумана Вадим Истомин.

— Биоморфных дронов можно использовать и в целях безопасности, например робот-паук, который может проникать в труднодоступные для человека места и обнаруживать утечку химических веществ на производстве. Роборыб, в свою очередь, можно использовать для изучения морских рельефов или в целях наблюдения зоологами за подводными обитателями, — отметил эксперт. — Как такового рынка биомофных и зооморфных роботов в настоящий момент нет. Это связано с достаточно сложным процессом производства, и, что самое важное, каждый из таких проектов узкоспециализированый и не имеет широкого применения. Тем не менее это направление всё более активно развивается, особенно с появлением самообучающихся ИИ и нейронных сетей.

Каркас человека, собаки, птиц и насекомых формировался благодаря эволюции миллиарды лет. И поэтому странно, если бы ученые не обращали внимание на то, как устроены скелеты, мышцы, сухожилия. Ведь не зря эволюция разработала подводные, надводные и летательные объекты именно такими, отметил директор Межрегионального научно-образовательного центра «МореАгроБиоТех», эксперт MariNet (Маринет) НТИ Алексей Чуклин.

— Из разработок в будущем я бы отметил, к примеру, изучение того же осьминога. Это немаленький такой объект, но благодаря своей конструкции он может проникать в узкие щели, пробираться через трудные проходы. И здесь, я думаю, что ученые обратят на это внимание, потому что для решения некоторых задач необходимы вот такие умения проникать в узкие места, куда не пройдет обычный подводный робот, — сказал он.

Демонстрация биоморфных роботов пройдет в МФТИ 10 октября в рамках презентации нового междисциплинарного научного журнала о нейротехнологиях, нейроэлектронике и биомедицине «Нейротехнологии & Нейроэлектроника».