dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

(Технократический юмор по выходным.) Огромные роботы (вовсе не обязательно “человекоподобные”) вполне себе популярное и интересное направление, правда, пока что чисто теоретическое. Ни одного действительно огромного и действительно робота построено ещё не было, а шагающие экскаваторы – не в счёт: они не роботы. Создание роботов весом в многие тысячи тонн, представляющих собой сложные многоуровневые системы, непростая технологическая задача, понятно. Наверное, это как раз тот, следующий за созданием ракет и компьютеров, новый значимый этап технологического прогресса. Но технологии это ещё не всё. Самое занятное, что такие гигантские роботы могут стать культовым сооружением для “техномагической” (технократической?) цивилизации. Что-то вроде древних пирамид. Это ответ на вопрос о том, для чего нужны подобные роботы, которые, кстати, могут потом отправляться в космос и всё такое прочие.

Про насекомых, из которых делают киборгов, я писал больше четырёх лет назад. Сейчас тема набирает популярность. Собственно, преимущества таких киборгов перед роботами, которых делают с нуля, всё те же: инженерам не нужно морочить голову, конструируя эффективные (экономичные) сервоприводы, обеспечивающие перемещение робота. Насекомое – тот же робот, только приводы у него уже есть и вряд ли можно сконструировать что-то эффективнее.

Более того, насекомые уже поставляются с системой питания. А это, до сих пор, основная проблема: компактных и достаточно мощных источников питания, подходящих для микроробота по прочим параметрам, за четыре прошедших года так и не создали (см. старую записку по ссылке выше). В общем, со всех сторон выгоднее приделать свой контроллер к имеющемуся природному насекомому. Идеальное решение, конечно, будет подразумевать интеграцию чипов на уровне личинки, чтобы после превращения жук уже получался с дополнительными системами.

Особых проблем с передачей данных по каналу жук – центр в двух направлениях – нет. Куда как сложнее приделать чип к насекомому, чем обеспечить с ним дальнюю связь. Приём сигналов на стороне центра управления могут осуществлять и специальные спутники (большие антенны на них ставить научились очень давно), и самолёты, и перспективные высотные дирижабли, барражирующие в заданном регионе. Несколько сложнее обеспечить приём команд жуком. То есть, передавать-то мощный сигнал можно, но если действовать в лоб, то сигнал будет демаскировать факт применения киборгов. Кроме того, вмешаются помехи. На стороне киборга ситуацию ухудшает принципиальная невозможность размещения большой антенны.

Можно предложить такую схему: жук достаточно автономен и не нуждается в большом числе команд, поступающих в режиме реального времени; а небольшой набор “медленных” управляющих сигналов может передаваться в защищённом режиме (размазываем по времени и частотам) и восстанавливаться, вычисляться, на борту, при помощи накопления энергии сигнала. Равно та же методика хорошо работает для GPS-приёмников.

Так что затруднений на сигнальной стороне, про которые сейчас пишут, не будет в практическом применении созданных насекомых-киборгов. Если только их запустят в серию, то есть, примутся выращивать в особых инкубаторах сотнями – цель-то именно такая. И прикладные трудности тут касаются именно способов достижения этой цели, а не надуманных “проблем связи”.

Кстати, есть целый класс занятных мини-роботов, предназначенных для бросания. Ну, не то чтобы ими кидались, но подразумевается, что данного робота можно рукой забросить в помещение через окно, или на крышу небольшого здания, или в какой-нибудь колодец. Робот управляется дистанционно, передаёт на пульт изображения с камер и сигналы с сенсоров: можно использовать для осмотра помещения, получения тактической информации.

На картинке один из таких роботов, который должен использоваться вооружёнными силами США – Armadillo. Производитель пишет, что устройство можно бросать “на бетон с высоты 2,5 метра” или “горизонтально на 8 метров”. Наверное, подразумевается, что горизонтальный бросок на такое расстояние подразумевает перегрузки, сравнимые с падением с 2.5 метров.

Вот. Вес – 2,5 килограмма. Понятно, что тяжёлый, если рассматривать как элемент постоянного снаряжения, но перенести можно без затруднений. (Сколько весит пульт? И, как говорится, запасные батарейки?) Размеры – примерно 26х28 сантиметров. В общем, небольшая штука. Заявленная дальность связи – 300 метров в открытом пространстве. Видимо, штука использует какой-то вариант WiFi для связи с консолью оператора. Но, обратите внимание: диапазон рабочих температур только -5..+55 градусов Цельсия. Это ж безобразие, особенно нижний предел.

Продолжаем собирать распространённые мнения о “недостатках”, которые, якобы, присущи автономным боевым роботам просто потому, что они – роботы. В прошлой части разобраны (с комментариями) три “недостатка”: незащищённость электроники от ЭМ-импульсов; трудности с преодолением препятствий; отсутствие гибкости в действиях роботов, позволяющее “уничтожить их всех” одним способом. Этих недостатков на самом деле у перспективных роботов нет, почему – рассказано в предыдущей части. А в этой части – новые “недостатки”.

4.

Можно узнать алгоритмы, по которым управляются роботы, и в дальнейшем получить возможность в точности предсказывать действия, предпринимаемые роботом в заданной ситуации. Грубо говоря, можно определить, например, по какой траектории робот станет обходить препятствие и эту траекторию заранее хорошо пристрелять.

Почему недостаток мнимый: открытость алгоритма вовсе не означает, что можно предсказать поведение робота. Так, выбор траектории передвижения может быть вообще случайным: ведь в большинстве случаев на местности существует множество траекторий, ведущих “из пункта А в пункт Б”. Случайный (или псевдослучайный, если хотите) выбор конфигурации траектории – хорошо отработан в применении к маневрирующим боеголовкам ракет. Если внести здоровый элемент хаоса в действия боевого робота, то это только повысит его выживаемость. Поэтому достаточная степень непредсказуемости будет обеспечена.

5.

Роботов легко дезориентировать, подставляя в окружающий пейзаж всякие пугала или какие-нибудь муляжи техники. Дезориентированные роботы истратят всю энергию на борьбу с пугалами.

Почему недостаток мнимый: “пугала” и муляжи давно используются для введения в заблуждение людей и техники, ложные цели – целое богатое технологическое направление, с историей. Соответственно, следом за развитием технологий создания ложных целей развиваются и технологии, позволяющие определить, что цель ложная. Такое определение проводится, что называется, инструментальными методами, с использованием сенсоров и компьютеров, сравнивающих сигнатуры целей с базами данных. То есть, в случае с роботами, нужно только установить наработанные электронные инструменты на борт робота, с интерфейсом “компьютер-компьютер” проблем не возникнет.

6.

Технически сложные роботы требуют специального обслуживания, поэтому развернуть их вдали от крупных баз невозможно.

А это, кстати, не то чтобы очень мнимый недостаток. Действительно, новый вид техники, образцы которой плотно набиты микроэлектроникой и сложными механическими агрегатами (всякие гидравлические приводы, электродвигатели и тому подобные штуки), потребует отдельного обслуживания. И для его осуществления нужны новые ремонтные базы. С другой стороны, роботы могут иметь встроенные механизмы самодиагностики и самовосстановления, а также модульную конструкцию.

Большой вопрос: смогут ли одни роботы чинить других и как к этому отнесутся люди – ведь это уже, фактически, будет та самая независимая “раса роботов”, самовоспроизводящаяся и вооружённая до зубов, верно? Вот это действительно основной недостаток.

Попробуем собрать в один поток записок наиболее растиражированные “недостатки” перспективных боевых роботов, автономных в плане управления. Об этих мнимых недостатках часто можно прочитать в критических комментариях к сообщениям о запуске очередного робототехнического прототипа.

1.

Роботы управляются микроэлектроникой, а поэтому особенно подвержены воздействию электромагнитных излучений. То есть, можно сразу большое число боевых роботов вывести из строя, подорвав поблизости специальный заряд, генерирующий “мощный электромагнитный импульс”. Заряды такие есть, и они испытаны.

(Пояснение: понятно, что реальный робот поля боя будет построен с применением нужных экранов и правильных микроэлектронных элементов; кстати, последний момент накладывает довольно заметные ограничения на производительность бортовых компьютеров, объём их памяти: новейший гражданский ЦП убить довольно легко, как и сверхкомпактные современные микросхемы памяти. Тем не менее, от ЭМ-полей электронику научились защищать. Есть толстый пучок прикладных направлений в физике, посвящённый этому вопросу – результаты многие годы востребованы в области конструирования космических аппаратов.)

2.

Роботы не сумеют передвигаться по сильнопересечённой местности из-за несовершенства систем управления. Вообще у них обязательно возникнут проблемы с незнакомой средой, в плане передвижения: как преодолевать разрушенные лестничные пролёты, перепрыгивать через траншеи? Столкнувшись в непредсказуемой реальности с невиданными на “отладочном полигоне” препятствиями, роботы застрянут, зависнут, и окажутся бесполезны.

(Пояснение: никакой математической неразрешимости в планировании перемещения механического шасси по произвольным поверхностям нет, задачи поиска путей на графах решаются, а всякую сложную среду обитания можно свести к относительно несложным графам, где потенциальные точки опоры будут представлять собой узлы; хорошо оборудованный сенсорами робот быстро строит модель окружающей его сцены и, при адекватной механизации, может прыгать, ползать по стенам, рыть норы. Вычислительная мощность современных специализированных процессоров позволяет быстро вычислять пути и избегать ловушек – задача сродни игре в шахматы.)

3.

Роботы не думают и не учатся, поэтому их можно легко отстреливать или, например, уничтожать взрывами, применяя одну и ту же тактику. Так, при попытке пересекать некое открытое пространство (скажем, поляну) роботы уничтожаются один за другим, прятаться или выбирать пути обхода роботы не умеют.

(Пояснение: фактически все современные прототипы и проекты боевых роботов содержат механизмы развитой коммуникации внутри группы роботов, очевидно, что роботы смогут очень оперативно обмениваться информацией об угрозах. Роботы не думают, но для того, чтобы выявить опасность, пронаблюдав уничтожение впереди идущего механизма думать не нужно, нужна просто соответствующая подпрограмма, накапливающая опыт других “членов стаи” в общей базе данных. Поиск путей обхода опасных участков – задача простая, см. предыдущее пояснение. Использование особенностей местности для укрытия, вот это задача посложнее, требующая грубого перебора конфигураций, если говорить о какой-то универсальности решения. Но тут у робота есть преимущество другого рода: робота можно хорошо бронировать и конструктивно заложить в него очень большую живучесть. Таким образом, проблема с укрытием частично решается. И также частично решается она тем, что типичные укрытия можно сразу занести в базу данных.)

Продолжение – во второй части.

Всегда интересны перспективные методы борьбы с боевыми роботами будущего. Если таковых построят. Понятно, что обычные вооружения тут не очень эффективны, потому что допущенный на поле боя робот специально сконструирован, чтобы таким средствам противостоять. То есть, роботы не только бронированы, но ещё и могут совершать разные там прыжки, устойчивы к перегрузкам, могут просто уклоняться от пуль и снарядов (пару лет назад уже было показано в лабораторных условиях – там не такая большая скорость реакции нужна). Группы роботов действуют согласованно, поэтому если один заметил опасность, то разбегаются по укрытиям все члены группы. И так далее.

Роботы – хитрые машины. Поэтому тут подходят хитрые методы борьбы. Где уязвимость роботов? Они не обладают полноценным интеллектом. А поэтому их гораздо проще дезориентировать, чем подготовленного человека. А значит, тут хороши средства нестандартного изменения “среды” на поле боя. Речь вот о чём: например, можно изготавливать очень скользкие поверхности, которые при этом совсем не похожи на лёд, а, скажем, имитируют асфальт, и выкладывать ими участки на пути роботов. Понять, что именно происходит, после того как один или два компьютеризированных механизма подскользнутся и потеряют ориентацию в пространстве – это роботам нелегко дастся. Хотя, конечно, при условии оснащения продвинутым ПО, постепенно могут сообразить, что присутствует некая опасная для передвижения полоса.

Скорее всего будут неплохо работать замаскированные нетривиальным образом активные ловушки. Например, мины, представляющие собой что-нибудь вроде медленно переползающих по полю кустов. А можно и ещё что-то придумать. Главное, что “эффект неожиданности” он для роботов вообще будет часто фатальным.

Современные биотехнологии продвинулись очень далеко. Похоже, через несколько лет реализуют давнишние планы по выращиванию в лабораториях “с нуля” “монстров” с нужными характеристиками. Доступность вычислительных мощностей и неплохо уже проработанный математический аппарат для моделирования – всё это позволит вычислить нужные биологические “ключи”, и конструирование организмов заработает на полную катушку. (Сейчас ещё не на полную работает, как видно.)

Биологические системы только на первый взгляд могут показаться непрочными и уязвимыми. На практике есть и очень живучие, и очень прочные организмы. Конструкторы смогут собрать воедино нужные особенности. Биохимия позволяет выращивать самые разные живые ткани, которые могут быть и броней, и какими-нибудь антеннами, и усилителями электромагнитных сигналов, да и всякими другими агрегатами тоже. Правда, процесс выращивания очень сложно выстроить. Но компьютеры помогают.

Сейчас умеют конструировать метаматериалы с заданными свойствами, которые не встречаются в природе. Можно предположить, что опыт проектирования и изготовления метаматериалов соединят с биологией. Таким образом, искусственные организмы получат в свой состав ткани с уникальными свойствами. Скажем, на базе таких тканей можно вырастить сверхчувствительные глаза с широким воспринимаемым диапазоном частот. Отлично подошли бы глаза, которые видят в терагерцевом участке спектра – получилось бы “проникающее” зрение. (Хорошо отработанная фантастами идея со “стелс-кожей”, делающей носителя невидимым, из этой же области.) Очевидно, что биологический организм может сам восстанавливаться, наращивать способности и так далее.

Разработку технологий выращивания таких организмов до сих пор затрудняло то, что всю научную изощрённость процесса чрезвычайно сложно охватить единым взором. В своё время, по этой же причине, например, тормозилось создание сверхзвуковых самолётов. Да и много чего ещё тормозилось. Нынче математика и компьютеры довольно глубоко проникли в передовую биологию. Так что вычислительный инструмент, который позволит сформировать “единый взор”, вот-вот появится.

Если сравнивать с классическими электронно-механическими роботами, то, вроде бы, у искусственных организмов не так уж много преимуществ. В ближайшей перспективе, роботы тоже смогут иметь функцию самовосстановления после повреждений. Смогут менять форму и подпитываться всякой захваченной биомассой (или мусором). А уж оснастить робота сенсорами и разнообразным оружием – даже проще. Всё отлично.

Есть только одна важная особенность.

Для выпуска роботов нужна хорошо отлаженная высокотехнологичная цепочка, базирующаяся на весьма глубокой и многоступенчатой переработке имеющихся на нашей планете исходных полезных ископаемых. Вспомните: там и хитрые полупроводники с присадками, и высоколегированные стали, и редкоземельные металлы, и непростые полимеры, и сложные текучие масла, и ещё всякое разное. Нужны химические заводы, промышленные комбинаты, сборочные цеха. И высококвалифицированный персонал.

Добротно сконструированный биологический механизм – сам себе и химический завод, и промкомбинат, и сборочный цех. Перспективный военный монстр может вылупляться из яйца и прибавлять в росте, поедая отходы из столовой. Требуется лишь некоторый уход, как, например, за коровой. Это что касается персонала.

Проблема в том, что обычные организмы – всем нам привычные животные, – растут крайне медленно. Армия механических роботов успеет отстроится за долгие месяцы. Но ведь именно поэтому в списке перспективных направлений исследовательских агентств (например, DARPA) значатся проекты по ускорению метаболизма в целом и отдельных “синтезирующих” биологических процессов. Биологию искусственных организмов наверняка можно ускорить.

Кстати, в развитие предыдущей ссылки. Лазер, конечно, это новая штука. Но слишком “частная”. Так, можно провести интересные эволюционные параллели (они ниже по тексту, вместе с выявлением реальных “новинок”). Да, лазер доставляет энергию к цели на максимально возможной скорости. Использовав такой литературный приём, как гипербола (не кривая!), можно написать, что лазер, условно, действует мгновенно.

Впрочем, при поправке на современную скорость электронных вычислителей, для сколь-нибудь практических дистанций лазер действует далеко не мгновенно. Считайте сами: тридцать километров – это около 0.1 миллисекунды для лазерного луча. Где-то один порядок можно “накинуть”, так как требуются “прицеливающие” и “установочные” импульсы и каждый из них должен сбегать туда и обратно (пять импульсов – вот вам и дополнительный порядок). Итак, получаем оценочное “время реакции” в 1 миллисекунду. Процессор, работающий с частотой 100 МГц, успеет отщёлкать 100000 (сто тысяч) тактов за это время. 100 МГц – это не очень быстро, по современным меркам, верно? Но сто тысяч тактов на подходящем оборудовании позволяют вычислить решение не самой простой системы дифференциальных уравнений, например.

Переходим к эволюционным параллелям. Развитое огнестрельное оружие позволило отправлять пули в цель с практически мгновенной, по сравнению с человеческими возможностями восприятия, доставкой. Тем не менее, сейчас артиллерийские снаряды успешно сбивают теми же лазерами или “противоракетами”. Достаточно высокоскоростные ПТУР успешно перехватывают на подлёте к танку перспективные системы “активной защиты” (не давно известные, а новые, с управляемыми противоракетами – очень эффективно, особенно по ПТУР, применяемым в комплексе с “ложными целями”).

Мощный боевой лазер – это, конечно, новое поколение. И да, тут достигается физический предел скорости. Но “принципиально нового” тут нет.

А “принципиально новое” – это “многомерная” информационная структура, которая появляется “на поле боя” и без которой, например, тот же противоракетный лазер бесполезен. Возможности получать, обрабатывать и разделять между “потребителями” самую разнообразную информацию о тактической обстановке в реальном времени, – для военизированного киберпространства найти эволюционных параллелей не получится. Второй аспект “принципиально нового” – это военные роботы, которые, по-сути, реализуют “проекцию” киберпространства в реальность, позволяют этому пространству в реальности присутствовать. Постоянно обменивающиеся между собой потоками информации машины, быстро, достаточно автономно (в “поведенческом” смысле) и полностью согласованно действующие группой – у этого явления тоже нет эволюционных предтеч в истории военного искусства: насколько я помню, управляемые из командного центра полчища крупных насекомых никакими древними армиями не применялись.

Недавно DARPA (это, если кто забыл, штатовское агентство перспективных военных разработок) очередной раз объявило о желании заполучить технические средства для дистанционного обнаружения разных “подземных объектов”, при наблюдении с воздуха. Например, в описании свежего тендера по программе GATE речь идёт о туннелях. А на днях Raytheon достался контракт на создание технологического демонстратора системы, обнаруживающей не только туннели, но и “заглублённые” мины.

Вообще, эти относительно новые направления опытных разработок получают публичное внимание не из-за “туннелей и мин”, а по несколько другим причинам. Чтобы причины выявить, нужно учесть специфику заказчика – DARPA: это агентство предпочитает работать на отдалённую перспективу, что видно по реализованным проектам.

О подземных автономных роботах сейчас слышно не много, особенно, если сравнивать с суперпопулярными беспилотниками или с практически столь же популярными наземными и “мореходными” системами. Но, как известно, действительно перспективные начинания любят тишину, а не мощную шумиху в вечерних теленовостях. Поэтому если беспилотники, в том числе боевые, это уже вошедший в медийную действительность “феномен”, то подземные военные роботы только конструируются в тишине. Очевидно, аналитики DARPA в курсе разработок.

И вот выход в публичное поле заказов на детекторы “подземной обстановки” – это отражение желания получить эффективные технические контрмеры в сроки, сравнимые с ожидаемым “вводом в строй” очень перспективных подземных роботов. Потому что иначе подземные “техночерви”, настойчиво и организованно роющие ходы в заданном направлении, окажутся чрезмерно опасным оружием.

Кстати, на dxdt.ru некоторое время назад появлялась небольшая заметка о перспективах автономных роботов, а точнее о подземных автономных роботах, про которых как-то забывают в прогнозах и анализах. А между тем, оперативно обнаруживать подземное передвижение кибернетических механизмов очень сложно, даже сложнее, чем реализовать навигационную систему, которая позволит таким механизмам в заданное время прибыть в заданную “точку на карте”.

Нужно ли напоминать об огромных сложностях, на которые наталкивается всякая попытка сколь-нибудь надёжно закрыть периметр некоторого объекта от подземного проникновения? С воздухом и поверхностью земли – тут всё давно понятно. А вот борьба “под землёй” – это совершенно иной уровень техники.

Так что DARPA собирается охотиться именно на подземных роботов. Самих роботов и навигационные системы для них тоже в своё время закажут вполне публично.

(Иллюстрация к тексту прямого отношения не имеет.)