Роботы скоро потеснят строителей

Можно ли проводить строительные работы без предварительного плана и четкого распределения ролей среди строителей? Да, можно — если за дело берется бригада мини-роботов TERMES, которых создали инженеры из Гарвардского университета (США). При возведении зданий эти маленькие и проворные зодчие копируют поведение заклятых врагов людей — термитов.

Фото:

Отношения между людьми и термитами всегда были весьма и весьма непростыми. Дело в том, что как они, так и мы очень любим древесину. Однако если для нас древесные волокна являются строительным материалом, то для термитов они не более чем пища. Именно поэтому примерно десять процентов видов термитов рассматриваются людьми исключительно как злостные вредители, которые ежегодно приносят ущерб человечеству на сумму до 20 миллиардов долларов США, поедая все, что содержит хоть небольшое количество целлюлозы. (Именно из-за таких пищевых пристрастий в сельских районах Южной Америки, например, редко можно встретить книгу, чей возраст превышает пятьдесят лет.)

Читайте также: Роботов научили "чувству кворума"

Бороться с этими маленькими вредителями достаточно сложно, поскольку их скрытность и тактика поедания древесины, при которой ее поверхность выглядит абсолютно неповрежденной, мешают обнаруживать термитов еще на "подступах" к объекту. Кроме того, эти насекомые весьма устойчивы к инсектицидам и очень плодовиты. Все это вместе делает термитов практически неуязвимыми как для химического, так и для биологического оружия, которое человечество традиционно использует в борьбе с мешающими ему жить существами.

Тем не менее, изучая этих вредителей, ученые поняли, что кое-чему у них людям не мешало бы и поучиться. Например, образцовому выполнению сложных строительных работ, каковыми являются действия данных насекомых во время постройки термитника. Эти насекомые возводят из подручных материалов достаточно сложные и прочные конструкции, которые издавна поражают людей оригинальностью архитектурных решений. И это при том, что никаких планов и чертежей термиты не составляют. Более того, постройкой этих огромных зданий (а максимальная высота термитника, когда-либо зарегистрированного людьми, насчитывает 12,8 метра) никто не руководит!

Каким же образом термитам удается такое строительство? Многочисленные наблюдения энтомологов показали, что каждое насекомое, входящее в рабочую бригаду просто совершает серию определенных действий, следя при этом за тем, как поступает его сосед. То есть, например, если он поставит палочку вертикально, то и работник, находящийся рядом, сделает то же самое. Но это еще не все — термиты так же следят за тем, как меняется пространство вокруг них. Например, если ряд попыток поставить рядом вертикальную палочку закончится неудачей (она просто упадет), то тогда рабочий положит палочку горизонтально для того, чтобы укрепить конструкцию (и его соседи сделают то же самое).

Подобный способ коллективного поведения, называемый энтомологами "стигметрией", и приводит к возведению фантастических зданий, которые до сих пор удивляют людей. И хотя на первый взгляд кажется, что стигметрия — весьма расточительная форма взаимодействия, поскольку термиты могут долгое время следовать ошибочному пути, изменяя свои действия только тогда, когда уже всем становится ясно, что конструкция не может устоять, на самом деле в ней есть и определенные плюсы. Ведь термитам не нужно тратить время на управление действиями рабочих и поддержания контроля за строительством, хотя у людей на подобные действия уходит много времени, сил и денег. В итоге, если сравнить стоимость здания, построенного "термитным" методом и традиционными человеческими способами, то выяснится, что первое, при всех равных технических параметрах (прочности, устойчивости и т.п.), будет в пять-семь раз дешевле — вот сколько средств "съедает" необходимость поддержания управленческого аппарата и института предварительного планирования.

И вот недавно исследователи из Гарвардского университета (США) представили результаты четырехлетнего проекта TERMES по созданию небольших роботов-строителей, способных воздвигать конструкции без предварительного плана и четкого распределения ролей, то есть строить здания так же, как это делают термиты. Эти миниатюрные (три сантиметра в диаметре) работники выполняют операции без четкой координации действий, реагируя на изменения, созданные другими участниками группы, а также на текущую конфигурацию строительной площадки. Например, если один робот кладет кирпич на землю, то второй, фиксируя это изменение, кладет другой рядом с ним в линию, потом это делает третий и так до тех пор, пока линия не достигнет определенной длины — тогда роботы начинают выкладывать второй ряд. Таким образом эти строители могут формировать из базовых строительных блоков стены, башни, пирамиды и другие конструкции.

Специалисты утверждают, что отсутствие централизованной системы управления обеспечивает очень хорошую масштабируемость и гибкость роботизированной платформы. При этом абсолютно не важно, сколько машин будет выполнять задачу — пять или пятьсот. Кроме того, при выходе любого количества роботов из строя оставшиеся смогут продолжить возведение конструкции, и, что самое интересное, время строительных работ при этом не особенно увеличится. Это происходит из-за того, что оставшиеся в строю механизмы начинают работать быстрее.

Разработчики этих роботизированных "термитов" уверяют, что их "питомцы" смогут в автоматическом режиме строить заградительные плотины при наводнениях и, возможно, даже выполнять определенные задачи на других планетах, в частности на Марсе. Правда, для большей эффективности работы такой колонии нужно усовершенствовать элементы питания — пока батарей хватает лишь на три часа, ну а полноценную плотину за это время не возведешь. И если этот вопрос будет решен, то в ближайшее время роботы TERMES смогут сильно потеснить людей на рынке строительных услуг…