Роботы идут

С тех пор как Карел Чапек в 1921 году популяризировал термин «робот» (robota по-чешски значит «принудительный труд»), способности роботов совершенно не соответствовали возлагаемым на них надеждам. Honda показала своего человекообразного робота Asimo в 2000 году, сейчас он встречает посетителей в приемной Honda и показывает восемь шоу в день в Диснейленде. Но большинство существующих в мире роботов прикованы к заводским полам, их движения ограничены однообразной хореографией сварки, штамповки или распиловки.

Отныне все будет по-другому. В ежегодном обзоре E-Gang (это список изобретателей, за которыми, как считаем мы в Forbes, большое будущее) мы представляем специалистов по инновациям в области робототехники.

Объем этого рынка все еще скромен: $6 млрд в год в секторе промышленных роботов, согласно данным Международной федерации роботов. Сведения об объемах продаж обслуживающих (сервисных) роботов не систематичны, но этому сектору предсказывают головокружительный рост. Вооруженные силы США нуждаются в машинах для защиты солдат, и этот новый запрос вызвал бурю в сообществе исследователей. В июне Microsoft объявила, что работает над операционной системой для роботов. Похоже, роботы будут освобождены от принудительного труда. Готовьтесь встречать их повсюду.

— Элизабет Коркоран

Восстание киборга

Как и многие японские мальчики, выросшие в 1960-е, Ёсиюки Санкаи долгие часы просижи

вал перед телевизором, поглощенный подвигами Киборга 009 и Астробоя, полулюдей-полумашин. Он захотел сделать этих вымышленных гибридов реальностью, и теперь 48-летний Санкаи — один из ведущих экспертов Японии в области кибернетики. Изыскания Санкаи в деле роботостроения вот-вот начнут приносить деньги, так как ученый собирается открыть продажу механического костюма под названием HAL.

Точно так же звали робота из фильма «Космическая одиссея 2001», но в данном случае HAL — это Hybrid Assisted Limb, «Конечность, поддерживаемая гибридом». Костюм на время превращает надевшего его человека в киборга, увеличивая его силу и выносливость. Принцип работы: интеллектуальная амуниция считывает электрические импульсы в нервах, идущих к мускулам, и реагирует даже быстрее самого тела. Как результат ваши руки, например, смогут поднять на 40 кг больше, чем обычно. Где можно использовать этот аппарат? «Моя основная мотивация — разрабатывать устройства для улучшения и расширения человеческих способностей», — говорит Санкаи в интервью Forbes. Медсестрам при помощи HAL будет совсем несложно приподнять пациентов с постели. Обмундирование, напоминающее одежду штурмовика из «Звездных войн», не сделает своего владельца быстрее, но позволит ему меньше уставать, например при подъеме в гору. Первым коммерческим клиентом Санкаи, вероятно, станет человек, утративший способность двигать ногой после автокатастрофы, он получит HAL уже через несколько месяцев.

Компания Санкаи будет сдавать в аренду костюм киборга за $1000 в месяц. Если вас не смущает, что батареи костюма нужно подзаряжать каждые 5 часов, можете записываться в очередь — уже принято 500 заказов.

Санкаи, как и многие японцы, относится к роботам с большим почтением. Он разместил на костюме HAL голубые светодиоды для индикации включения и считает, что это добавило ему «очарования». Вообще в Японии роботы — это часть культуры, здесь работает больше трети миллионной мировой популяции промышленных роботов. Санкаи отказывается работать на одном из самых прибыльных рынков, военном, так как не хочет видеть армию сверхсильных солдат в костюмах HAL. Ученый рассказывает, что власти США связывались с ним после 11 сентября, но он не стал с ними разговаривать. Почему? Санкаи направляется к книжному шкафу и возвращается с книгой Айзека Азимова «Я — робот». «Робот не может причинить вред человеку», — цитирует он первый из трех знаменитых законов робототехники.

— Тим Келли

Война с пылью

Один из самых продаваемых за все время роботов, как ни странно, не очень-то красив и имеет человеческих качеств не больше, чем весы в ванной. А все, что он умеет, — разъезжать по полу и доставать пыль из-под дивана. Зовут этого робота Roomba.

Пылесос Roomba — вот что получается, когда робоколдовство сталкивается с практическими нуждами. Его главный создатель Колин Энгл был студентом Массачусетского технологического института (МТI), когда в 1989 году сконструировал свою первую модель, Genghis (Ченгиз) — самого продвинутого на тот момент робота. У Ченгиза было шесть ног, и он ходил, как таракан, используя 34 датчика и два микропроцессора, чтобы обходить препятствия. Робот помог Энглу попасть в магистратуру, а его научному руководителю — получить постоянную должность. У следующего отпрыска Энгла, Атиллы, было 150 датчиков и 12 микропроцессоров. Он принес создателю степень магистра, и его фото было помещено в научно-популярном журнале Smithsonian. «Я сделал самого сложного, крутого и безумного робота, — вспоминает Энгл, — но это не радовало».

Вместе со своим близким другом по MTI Хелен Грайнер и преподавателем Родни Бруксом в 1990 году Энгл основал фирму Irobot, названную в честь сборника рассказов Айзека Азимова. Троица хотела создавать роботов, которые смогут наконец-то принести деньги. Но первые 10 лет дела у них шли не очень: было несколько военных контрактов и проектов игрушек, потом партнеры придумали куклу, которая смеялась, когда ее щекотали, а также велоцираптора как в «Парке юрского периода». Ни одно из этих изделий так и не принесло им большой славы. «У нас была самая долгая история внезапного успеха», — шутит Грайнер.

Слава пришла в 2002-м с появлением Roomba. Это было порождение свернутого проекта по изготовлению гигантских роботизированных очистителей для пола S.C.Johnson (только до предела уменьшенное). В Roomba применена улучшенная версия искусственного интеллекта от насекомообразного робота Ченгиз. Самодвижущийся пылесос обходит ножки стола и, дойдя до лестницы, отступает назад, вместо того чтобы сигануть вниз. По окончании уборки Roomba находит дорогу до своего зарядного устройства. Irobot первой представила подобный продукт в Штатах, хотя в Европе уже несколько месяцев продавался пылесос Trilobite от шведской Electrolux. Надо отдать должное Irobot: ее продукт был чуть ли не в 8 раз дешевле. С тех пор компания продала 2 млн уборщиков Roomba, а за 2006 год — тысячи самоходных швабр Scooba, использующих моющее средство.

Тем временем Грайнер сосредоточилась на работе для военных. В 2001 году Irobot выпустила серию PackBots, небольших танков с разными приспособлениями на механической руке по цене от $100 000. Что они делают? Ликвидируют бомбы в Ираке и зачищают пещеры в Афганистане. Одна из модификаций определяет местоположение снайперов, другая  позволяет осуществлять удаленный шпионаж. Более крупный робот R-Gator, установленный на грузовик John Deere, можно запрограммировать на патрулирование внешней границы. Сейчас он охраняет военно-морскую авиабазу около Сан-Диего. Военное подразделение Irobot, возглавляемое вице-адмиралом в отставке Джозефом Дайером, по размеру уже сравнялось с пылесосным бизнесом.

В прошлом году Irobot разместила свои акции на Nasdaq по цене $24 за акцию. Сейчас их стоимость опустилась до $18,7, что позволяет оценить компанию в $440 млн. Оборот за последние 12 месяцев составил $172 млн и продолжает расти, хотя прибыль мизерна. К выпуску готовятся робот-газонокосилка и более крупные военные роботы, которые смогут перемещаться быстрее и на большие расстояния. Но заниматься налаживанием производства для Энгла слишком скучно. Один из девизов Irobot гласит: «Мы не делаем бьюики».

— Дэвид Уилан

Привести в чувство

Калеб Чан пытается заставить Pleo показать нам пару трюков. «Ну, давай», — просит он резинового игрушечного динозавра, щелкая его по носу. Pleo мигает своими большими глазами, потягивается, взмахивает хвостом, проходит пару шагов, затем зевает и сворачивается в клубок, чтобы заснуть.

Жизнь весьма утомительна, если ты прототип игрушки-робота, которой осталось несколько месяцев до выпуска. Еще более она утомительна у главного изобретателя, Чана, и трех дюжин его коллег из Ugobe Inc., пытающихся смастерить «дизайнерскую форму жизни», создание, которое будет вызывать такие же теплые чувства, как щенок.

Пока все идет хорошо, людям игрушка нравится. Недавно, например, Чан продемонстрировал способности Pleo на одной конференции — и 200 человек пели роботу Happy Birthday. С тех пор Ugobe получила тысячи электронных писем от желающих стать первыми покупателями 250-долларовой игрушки. Но им придется потерпеть: Pleo, выход которого был запланирован на ближайшее Рождество, появится не раньше марта.

Pleo — это техническое чудо, но все его секреты спрятаны так, чтобы игрушка не выглядела бездушной машиной, а, наоборот, располагала к себе. Чан знает, как вызывать чувства без слов: когда-то он разыгрывал уличные пантомимы и даже играл орангутанга на телевидении. В 1980-е Чан предложил компании Mattel игрушку-динозавра, но его идею нашли слишком дорогостоящей. Зато потом неутомимый изобретатель стал одним из создателей Furby, пушистого круглого зверька с большими ушами, продажи которого составили 50 млн экземпляров. После этого успеха Чан отошел от дел и жил в достатке, хотя все так же жаждал сделать игрушечного робота-динозавра.

Вместе со своим другом Чан взялся за работу. Они привлекли $2,7 млн от инвесторов и надеются получить еще $8 млн. Модель Pleo была создана по образцу травоядного камаразавра юрского периода. В Pleo есть операционная система, микроконтроллер, 14 моторов (по одному на каждый сустав) и 31 датчик света, звука и передвижений. Появление Pleo тормозит только отсутствие материала для кожи: Чан ищет полимер, который бы выглядел более естественно.

Самая замечательная особенность Pleo — программное обеспечение, позволяющее ему реагировать на раздражители и окружающую среду тысячей разных способов. Потрогав голову, вы напугаете «молодого» Pleo, а «старого», наоборот, заставите радостно вилять хвостом. У «голодного» динозавра ваши действия вызовут раздражение. Разные поведенческие модели владельцы Pleo смогут скачивать из интернета или даже писать самостоятельно. «Наша задача — создать связь между Pleo и владельцем, — рассказывает Чан. — Вы будете взаимодействовать с ним, найдете общий эмоциональный язык. И тогда начнете играть».

— Элизабет Коркоран

Рободоктор

Даже сегодня, в эру поразительных высокотехнологичных медицинских приборов: сканеров для ЯМР-интроскопии, заглядывающих внутрь организма, точных пучков гамма-лучей, уничтожающих опухоли, имплантируемых дефибрилляторов, посылающих импульс сердцу, чтобы оно продолжало работать, — хирурги борются за жизнь пациента, используя старомодный скальпель. Но возможности хирургии не ограничены человеческой ловкостью. Благодаря сложнейшим новым методам после операции остаются маленькие, едва видимые рубцы и становится возможным более быстрое восстановление. При простатэктомии через отверстие не больше замочной скважины хирург осторожно манипулирует инструментами, похожими на палочки для еды, чтобы извлечь пораженную раком простату. Хирурги сравнивают эту манипуляцию с попыткой аккуратно проехать задним ходом по S-образной кривой на тягаче с прицепом.

Может ли врачам помочь робот? Скоро хирургия станет сотрудничеством человека и машины, считает Рассел Тэйлор, всемирно известный разработчик хирургических роботов, профессор технических наук в Университете Джона Хопкинса. «Средний хирург станет столь же искусным, как хирург-знаменитость, а выдающиеся хирурги обретут сверхчеловеческие способности», — говорит Тэйлор. Сегодня звезда операционной — Da Vinci, 540-килограммовое устройство стоимостью $1,5 млн от американской компании Intuitive Surgical. Но Da Vinci — это только слуга. Хирург работает за расположенной поблизости панелью управления, командуя его многочисленными манипуляторами для выполнения операций по удалению простаты и многих других процедур.

Все более ловкие инструменты появляются в просторной подвальной лаборатории Тэйлора в Балтиморе. В течение года на суд публики будут представлены зажимы и ретракторы с датчиками силы, которые позволят не пережимать сосуды слишком сильно, или с датчиками кислорода, которые позволят отличать пораженные ткани от здоровых. Идет работа над роботизированной рукой, которая сгибается, как слоновий хобот, чтобы проскальзывать в гортань для выполнения не оставляющих рубцов операций на верхних дыхательных путях. Врачи могут следить за ходом манипуляций на дисплеях, на которых результаты компьютерной томографии накладываются на оперируемый орган.

Тэйлор, самостоятельно собравший осциллоскоп летом после окончания школы, получил ученую степень в области вычислительной техники в Стэнфорде и проработал 19 лет в IBM, разрабатывая язык программирования для роботов. В конце 1980-х он переключился с систем управления предприятием на компьютеризированную медицину. Теперь ему предстоит доказать, что его замечательные творения могут усовершенствовать лечение пациентов. «Мы заключаем союз между человеческим разумом и способностями машины», — объясняет Тэйлор.

— Роберт Лангрет

Инфоводитель

Преподаватель вычислительной техники из Стэнфорда Себастьян Трун имеет весьма четкое представление о будущем. «Сорок две тысячи человек гибнут каждый год в США в дорожно-транспортных происшествиях, — говорит он. — В будущем, я убежден, машины будут сами себя водить. И это правильно!» Действительно, роботы не напиваются, не засыпают, не болтают по мобильному телефону. «Если мы превратим хайвеи в системы с невидимыми рельсами, — обещает он, — то сможем совместить удобство автомобиля с безопасностью поезда».

С 1950-х годов это было фантазией футурологов, но Трун и машина под названием Стэнли приблизили эру авторельсовых дорог. Стэнли — это Volkswagen Touareg, построенный Труном и его студентами. В октябре 2005 года Стэнли самостоятельно одержал победу в гонке «Большой вызов» — 211-километровом заезде по пустыне Мохаве. Первый приз — $2 млн. Спонсор гонки, как говорят, министерство обороны США.

На тех же соревнованиях, но годом раньше, ни один из 15 роботизированных участников до финиша не дошел. Трун, собственно, и взялся участвовать в гонках после того, как его поразила неудача предшественников. Он как раз только что перешел в Стэнфорд из Института робототехники Университета Карнеги-Меллона. Исследователи проводили там годы, предлагая фундаментальные принципы сооружения роботизированных транспортных средств. Главным было изучение огромной массы данных: они пичкали машины невероятным количеством датчиков для ориентации в пространстве.

Но Трун знал, что показания датчиков бывают неверны. У него уже был опыт изготовления роботизированного гида для Национального музея американской истории в 1998 году, и он помнил, что хитроумное устройство легко было сбить с толку, просто махнув ему рукой. Трун научил своих роботов не доверять слепо всей информации, а оценивать степень ее полезности и точности.

«Робот должен разобраться: этот набор показаний — это стена? Или, может быть, это ребенок? Может быть, это тень или чья-то шалость?» — рассказывает Трун. Стэнли учится в этом разбираться при помощи пяти антенн глобального позиционирования, шести компьютеров на базе процессоров Pentium M, пяти лазерных дальномеров и видеокамеры. Чтобы натренировать его мозги, Трун и его помощники проехали на нем 1600 км по пустыне, определяя, какие условия водители считают критическими, а какие игнорируют. От одного толчка датчики Стэнли могут сигнализировать о наличии стены впереди, даже если дорога свободна. Стэнли научился отбрасывать такие сигналы и обращать внимание только на более существенные препятствия.

Чтобы победить в октябрьской гонке, Стэнли потребовалось шесть часов и 54 минуты, машины Университета Карнеги-Меллона достигли финиша на 11 минут позже. Самое главное для Труна — это то, что пять участников из 23 успешно преодолели дистанцию: «Мы все победили. Сообщество робототехников одержало победу». Следующий «Большой вызов» состоится в ноябре 2007 года, и это будет 60-километровый маршрут по пока еще не объявленному городу. Участникам нужно будет избежать столкновений с неподвижными препятствиями и, что важнее, друг с другом. Трун готовит к соревнованию новый Volkswagen Passat.

— Элизабет Коркоран

Робот-прилипала

Тараканы вдохновляют профессора Калифорнийского университета Роберта Дж. Фулла. А также крабы, ящерицы и другие ползающие по земле существа. Нет, он их не любит. «По-моему, они омерзительны, — говорит Фулл. — Но как им удается так передвигаться?»

Биолог Фулл уверен, что сможет одержать верх над природой. Он всю жизнь изучал, как многоногие создания бегают по ухабистой поверхности и взбираются вверх по стене или даже по стеклу. Он измерял силу шагов таракана и жесткость его ног и может поразить вас таким открытием: «Тараканы способны развивать большую скорость, вставая на задние лапки и бегая, как двуногие». Сотрудничая с Irobot, ученый разработал крабообразную машину, которая может передвигаться по земле и под водой. Вместе с исследователями из Университета Пенсильвании он соорудил шестипалого робота размером с коробку из-под обуви, который умеет бегать по бугристому бездорожью, не спотыкаясь. Студия Pixar привлекла Фулла, чтобы тот придал естественность движениям персонажей из «Приключений Флика».

В сотрудничестве с Марком Каткоски из Стэнфордского университета и другими инженерами-механиками Фулл проектирует роботов, использующих те же принципы, что насекомые и пресмыкающиеся. Главное, говорит Фулл, не нужно слепо копировать природу: «Это абсолютно неверная идея. Природа нас просто вдохновляет».

В апреле Фулл и Каткоски продемонстрировали своего новейшего робота, шестидесятисантиметрового Stickybot, который взбегает по окну, подобно ящерице, только со скоростью 3,8 см в секунду. «Все хотят знать, умеет ли Stickybot мыть окна, — шутит Каткоски, — а я пытаюсь сделать робота, который будет искать трещины в сложных конструкциях мостов».

Чтобы создать Stickybot, Фуллу и Каткоски потребовалось 10 лет совместной работы. Когда они встретились, Фулл уже был лидером в области исследования принципов движения животных. Каткоски тем временем завоевал себе репутацию, разрабатывая аккуратные роботизированные руки-манипуляторы. Он стал экспертом по структурам, напоминающим кости, которые производятся путем наложения друг на друга материалов с разными свойствами. Вместо того чтобы делать конечности робота из цельного пластика, Каткоски может, например, сделать эластичное ядро и твердую внешнюю оболочку.

В итоге дуэт Каткоски — Фулл создал разные семейства роботов, каждый из которых по-своему уникален. Одни имеют по шесть ног и могут карабкаться по скалам. Другие способны перемещаться со скоростью 2,5 м/с.

Но научить роботов взбираться по отвесным стенам оказалось непростой задачей. «Еще пять лет назад у меня не было решения», — говорит Каткоски. Теперь это решение есть: дюжина моторов и встроенные сухожилия из ткани и кабелей позволяют Stickybot независимо управлять каждой из четырех ног и каждым из 16 пальцев.

Надо сказать, пальцы эти — настоящее чудо. Ящерицы могут прицепиться к стеклу одним-единственным пальцем, потому что каждый из них покрыт миллионами настолько маленьких волосков, что они притягиваются к поверхности под действием слабых молекулярных сил. Stickybot делает то же самое с помощью сотен миниатюрных конусообразных стерженьков, достигающих на конце 10 микрон (это одна миллионная часть метра). Поскольку кончики расположены под острым углом, пальцы Stickybot прилипают, когда они движутся в одном направлении и легко отлипают при обратном движении. Stickybot, разработка которого частично финансируется управлением министерства обороны США по перспективным исследованиям, мог бы прилипать еще лучше. Для этого нужно больше датчиков и моторов, чтобы он, подобно ящерицам при спуске, чувствовал, когда может сорваться со стены или подвернуть ногу.

— Элизабет Коркоран

Потомок Lego

Кубики Lego учат детей конструировать вещи. Сорен Лунд из компании Lego учит этому не столько детей, сколько взрослых.

Лунд отвечает за направление Lego Mindstorms, делающее самые популярные в мире наборы для создания роботов (с момента выхода на рынок в 1998 году продано более 1 млн коробок). В Lego утверждают, что из каждого набора можно собрать 15 разных роботов. Но поклонники Mindstorms, большинство которых давно вышли из детского возраста, знают: можно и больше. Они уже научили механических кукол выполнять тысячи новых операций и сделали Метателя диска, Бармена, Исследователя лабиринтов, Сборщика кубика Рубика и многих других. Стараниями фанатов Mindstorms на свет появились 40 практических руководств и 10 новых языков программирования. Да что говорить: Европейское космическое агентство использует эти наборы, чтобы вчерне конструировать манипуляторы для работы в космосе. Лунд разводит руками: «Наше детище развилось в направлении, которое мы даже не могли себе представить».

Сейчас он страстно ждет отклика на Mindstorms NXT, новую модернизированную версию. Эта модификация легче собирается, имеет лучшее программное обеспечение, десятикратно увеличенную память, более точные моторы, громкоговоритель и цифровые датчики. К созданию этой модели Лунд привлек фанатов: в разработке участвовала сотня хакеров Mindstorms.

Поначалу Лунд держал в секрете участие в проекте чужаков, чтобы начальство не уперлось, но в конечном счете получил всю необходимую поддержку. И финансирование: обычно разработка девяти из 10 новых продуктов Lego обходится компании менее $100 000, в то время как NXT обошелся в $10 млн. «Мы становимся фактически робототехнической компанией», — говорит Лунд.

Mindstorms — действительно большая удача Lego и самый ходовой товар фирмы, переживающей сейчас не лучшие времена. Годы зависимости от лицензионных товаров (вроде игрушек из «Звездных войн»), ограниченный ассортимент и пиратские клоны из Китая привели к тому, что в 2004 году убытки фирмы составили более $330 млн. В 2005 году компания дотянула до прибыли $85 млн при обороте $1,2 млрд только благодаря закрытию фабрик и распродаже активов. Но стоило компании продемонстрировать Mindstorms NXT в феврале 2006-го, как за две недели в интернете появилось 432 000 упоминаний новинки.

Тем временем на столе в штаб-квартире Lego старый робот Mindstorms встречается с командой новичков как последний динозавр, разглядывающий новые виды. Новый робот-скорпион нападает или отступает в зависимости от того, на каком расстоянии от его датчика вы держите руку. Робот-танцор ускоряет движения при убыстрении ритма музыки. Краб бежит до банок с содовой и пивом, берет ту, которую вы выбрали, и приносит ее вам с электронным возгласом: «Желаю приятно провести время!» Лунд комментирует: «От механических роботов мы переходим к индивидуумам, которые реагируют на информацию».

— Квентин Харди