В новом выпуске научно-популярного шоу StarTalk известный астрофизик Нил Деграсс Тайсон, его кохост — стендап-комик Гаррисон Гринбаум и ведущий робототехник Мэттью Трэверс из Института робототехники Карнеги — Меллона обсуждают будущее автономных машин. Главной темой беседы стал амбициозный проект НАСА EELS — создание уникального змееподобного робота для поиска внеземной жизни в подлёдных океанах Энцелада, спутника Сатурна. Участники детально разбирают не только сложные инженерные вызовы межпланетной миссии, но и фундаментальные вопросы биоморфного дизайна, автономии и робоэтики.
🤖 Что такое робот и где пролегает граница разумного? 0:40
Разговор начинается с приветствия Гаррисона Гринбаума, который вернулся на шоу после долгого перерыва, связанного с пандемией. Гринбаум делится личной историей о своей недавней резиденции в Лас-Вегасе, где он стал первым комиком, возглавившим шоу Cirque du Soleil. Он иронично отмечает, что, возможно, стал и последним, так как руководство цирка оказалось не готово к «клоуну со своим мнением», а также шутит о жестких правилах безопасности при работе с подъемниками компаний Otis и Schindler. Вдобавок Гринбаум признается, что настойчиво, но безуспешно пытался согласовать эффектное появление на сцене в стиле Майли Сайрус — верхом на гигантском бейгле.
Затем Тайсон представляет главного гостя программы — Мэттью Трэверса, старшего научного сотрудника Института робототехники Университета Карнеги — Меллона, который руководит лабораторией под звучным названием «MAT lab». Трэверс предлагает взглянуть на определение робототехники шире, чем это делает обыватель, привыкший к антропоморфным машинам с головой и конечностями.
По мнению Трэверса, даже обычную бытовую кофемашину можно обоснованно назвать роботом. Он аргументирует это тем, что она ежедневно выполняет рутинную задачу, которую человек не хочет делать сам, являясь при этом одним из самых надежных и безотказных устройств в его институте.
Однако Тайсон указывает на ключевое различие: кофемашина не принимает самостоятельных решений, а лишь четко следует заданному алгоритму. Собеседники сходятся во мнении, что современный технологический фронтир заключается не в создании сложной механики, а в интеграции физической платформы с искусственным интеллектом, способным самостоятельно воспринимать окружающий мир через сенсоры, анализировать данные и обеспечивать гибкую обратную связь.
🧠 Робоэтика и психология взаимодействия человека с машиной 6:25
Обсуждение искусственного интеллекта неизбежно затрагивает тему эмоциональной связи между людьми и машинами. Нил Деграсс Тайсон вспоминает интервью с актером Энтони Дэниелсом, сыгравшим робота C-3PO в космической саге «Звездные войны». В своей биографии актер утверждал, что он единственный человек на Земле, знающий, каково это — быть роботом на самом деле. Он описывал это чувство через социальное взаимодействие: когда люди игнорируют тебя в комнате, они не испытывают никакого дискомфорта или чувства вины, поскольку подсознательно видят в тебе лишь неодушевленный предмет, лишенный эмоций.
Мэттью Трэверс подтверждает, что «робоэтика» превратилась в огромную и крайне важную подкатегорию современной науки. Проблемы морали, этики и психологии сегодня активно изучаются специалистами, особенно в контексте взаимодействия человека со специализированной техникой.
В качестве примера Трэверс приводит операторов роботов-саперов и полицейские подразделения, использующие четвероногих роботов-собак. Люди, работающие с этими устройствами в критических для жизни условиях, начинают воспринимать их как полноценных членов команды и развивают глубокую эмоциональную привязанность. По словам Трэверса, этот процесс часто начинается с банального присвоения роботу личного имени. Комик Гаррисон Гринбаум проводит аналогию с домашним скотом: фермеры знают, что нельзя давать имена животным, которых со временем придется пустить на убой, чтобы избежать тяжелой эмоциональной травмы. Трэверс соглашается, подчеркивая, что в критических профессиях возникает глубокая психологическая созависимость человека и помогающего ему механизма.
🦎 Биоморфный дизайн: зачем копировать природу? 8:35
Астрофизик Нил Деграсс Тайсон признается, что его давно интригует вопрос: зачем инженеры упорно создают роботов, внешне напоминающих земные формы жизни. С точки зрения Тайсона, гораздо логичнее проектировать механизмы, форма которых строго оптимизирована под конкретную задачу, без оглядки на биологические прототипы вроде собак или змей.
Мэттью Трэверс объясняет, что в инженерной среде этот вопрос носит скорее философский характер и всегда упирается в компромисс между узкой специализацией и универсальностью. В качестве примера из практики своей лаборатории он описывает робота, созданного для перемещения по лестницам.
Основные тезисы Трэверса о биоморфном дизайне:
- Узкоспециализированный робот идеально справляется со своей фазой задачи (например, подъемом по ступеням), но пасует перед другими вызовами.
- Биологические формы (ноги, сегменты, крылья) выигрывают в универсальности, когда машине после преодоления препятствия нужно исследовать ровную поверхность этажа.
Говоря о локомоции, Трэверс отмечает, что для ходьбы по лестницам его команда использует квадропода (четвероногого робота), поскольку ступени изначально проектировались под конечности. Это вызывает дискуссию об устойчивости. Из законов физики известно, что три точки опоры, не лежащие на одной прямой, создают минимально стабильный фундамент — именно поэтому табурет на трех ножках никогда не качается.
Трэверс поясняет, что шестиногие роботы (гексаподы) используют так называевую «поочередную треногую походку» (alternating tripod gate), аналогичную передвижению жуков. В каждый момент времени три ноги робота подняты и движутся вперед, пока другие три обеспечивают жесткую статическую стабильность. В отличие от них, люди обладают динамической стабильностью, подобно едущему велосипеду: если не вкладывать энергию в движение вперед и удержание баланса, система мгновенно упадет.
Однако Трэверс цитирует известную в кругах робототехников шутку: «Больше ног — больше проблем». Увеличение числа конечностей и суставов означает рост степеней свободы (degrees of freedom), под которыми инженеры понимают вращательные и поступательные движения каждого шарнира. Чем больше у робота степеней свободы, тем сложнее и изощреннее должны быть алгоритмы контроля для координации его движений.
В завершение темы Тайсон критикует создателей фильма «Дюна», указывая на кинематографическую ошибку в сцене с песчаным червем. По словам астрофизика, в реальности змеи и черви не имеют конечностей и способны быстро передвигаться только за счет изгибов тела и отталкивания от неровностей почвы; абсолютно прямое вытянутое тело делает змею медленной и беззащитной.
🚀 Проект EELS: змееподобный исследователь Энцелада 19:23
Именно змееподобная форма легла в основу амбициозного совместного проекта Института робототехники Карнеги — Меллона и НАСА под названием EELS (Exobiology Extant Life Surveyor — Исследователь существующей внеземной жизни). Мэттью Трэверс сообщает, что плановое развертывание и запуск миссии намечены на 2028 год.
Главная цель проекта — поиск биологических следов на ледяном спутнике Сатурна, Энцеладе. Ученые НАСА предполагают, что именно этот сферический мир обладает наивысшим потенциалом для обнаружения жизни в нашей Солнечной системе благодаря наличию подлёдного жидкого океана, который из-за внутреннего давления прорывается сквозь ледяную кору в виде мощных гейзеров и шлейфов.
Трэверс объясняет, что вместо опасного пролета сквозь извергающиеся гейзеры или простого сбора опавших осадков на поверхности, миссия EELS нацелена на проникновение непосредственно внутрь океана через ледяные трещины и карстовые воронки. Текущие снимки поверхности Энцелада имеют разрешение всего около 6 метров на пиксель, что не позволяет ученым точно рассчитать ширину проходов до сантиметра.
Для спуска в неизвестность инженеры разработали уникальный механизм, заимствованный у природы. Робот EELS будет имитировать движения удава (boa constrictor), но действовать в обратном направлении. Вместо удушения жертвы, змееподобный механизм станет изгибаться и раздвигать свое тело в стороны, упираясь в ледяные стены разлома. Этот контролируемый спуск за счет силы трения Тайсон справедливо сравнивает со сценой из шпионского боевика «Миссия невыполнима». Попав в подлёдный океан, робот перейдет в режим плавания для сбора жидких образцов и поиска микроорганизмов.
⚙️ Автономия, конструкция и надежность в экстремальных условиях 25:21
Главная сложность управления роботом на Сатурне заключается в огромном расстоянии: задержка сигнала в одну сторону составляет около полутора часов, а полный цикл отправки команды и получения ответа занимает три часа. Из-за этого прямое дистанционное управление невозможно, и машина должна быть полностью автономной. Недавно команда проекта опубликовала подробную статью об архитектуре этой автономной системы в авторитетном научном журнале Science Robotics.
Высокоуровневая структура управления EELS включает в себя:
- Систему датчиков и лидаров, расположенных преимущественно в головной части робота для сканирования трещин и камней.
- Продвинутый алгоритм планирования, который самостоятельно решает, опасна ли конкретная расщелина и стоит ли продолжать движение.
- Исполнительную систему контроля, обеспечивающую точное выполнение механических задач в условиях меняющейся среды.
Физически прототип EELS представляет собой сложную конструкцию длиной около 2,5 метров и весом около 200 килограммов на Земле (хотя на Энцеладе из-за слабой гравитации он будет весить значительно меньше). Корпус изготовлен из стандартных прочных металлов — алюминия и стали. Робот состоит примерно из 8 подвижных сегментов.
Для обеспечения движения инженеры внедрили гибридную систему движителей. Помимо волнообразных изгибов тела (ундуляции), на внешней стороне сегментов установлены уникальные встречно-вращающиеся архимедовы винты. Мэттью Трэверс подчеркивает, что эти шнеки позволяют роботу двигаться вперед или назад, даже если его тело вытянуто абсолютно прямо. Чтобы массивный корпус робота не вращался вокруг своей оси вслед за винтами, два шнека имеют противоположную резьбу и вращаются в разные стороны, взаимно компенсируя крутящий момент.
Такая конструкция обеспечивает колоссальную избыточность и надежность, что критически важно для миссий в дальний космос. Если один из 15 или 16 электродвигателей выйдет из строя, оставшиеся моторы позволят продолжить выполнение задачи. Наличие двух независимых методов локомоции — волновых изгибов и шнеков — гарантирует, что робот не застрянет намертво в ледяных лабиринтах чужого мира.
Подводя итог встречи, Нил Деграсс Тайсон отмечает, что за последние десятилетия человечество полностью переосмыслило концепцию робототехники, уйдя от примитивных железных дровосеков киноиндустрии к гибким интеллектуальным системам. Тем не менее, по мнению Тайсона, бурное развитие автономных машин требует параллельного и жесткого контроля со стороны этики и морали, чтобы изобретения человека случайно не нарушили знаменитые законы Азимова и не принесли вреда человечеству.
