Нанороботы: какое будущее нас ждет с их удивительным потенциалом?

История роботов

Первым современным роботом стал Unimate, робот с механической рукой, разработанный для General Motors в 1961, выполнявший последовательность действий, записанную на магнитный барабан.

Unimate – первый промышленный робот на заводе General Motors

Активное производство роботов началось в 1970-е годы. Прежде всего, они стали использоваться в производстве, для выполнения однообразных (и часто опасных) операций. Больше всего промышленных роботов используется в автомобильной промышленности, где они работают на штамповочных и сварочных участках, в покрасочных камерах, на сборке. Разумеется, роботы не могли сразу заменить людей в промышленности, но доля человеческого труда в производстве с тех пор неуклонно сокращается. Полностью автоматизированные фабрики, такие как фабрика IBM для сборки клавиатур в Техасе, называются «фабрики без освещения». Люди там уже не нужны: абсолютно всё производство, от момента выгрузки материалов и до получения готовой продукции у погрузочных ворот, полностью роботизировано и может работать круглосуточно и без выходных.

Роботы давно стали важной частью научной фантастики. В 1921 году роботы стали героями пьесы Карела Чапека «Р.У.Р

» (Россумовские Универсальные Роботы). А через 20 лет Айзек Азимов сформулировал три закона робототехники, которые надолго определили наши представления о роботах: 

Роботы смогут заменить нас абсолютно в любой профессии

В ближайшие 40 лет роботы займут наши рабочие места

Неважно, кем вы работаете. Копаете траншеи? Робот будет копать их лучше

Пишете статьи для журнала? Робот будет писать лучше вас. Если вы врач, Watson от IBM больше не будет помогать вам с поиском правильного диагноза в его базе данных с миллионами описаний клинических случаев и журнальных статей. Он просто будет лечить лучше, чем вы. Люди творческих профессий? Роботы будут рисовать, писать и лепить лучше вас. В течение 20 лет примерно половина из вас лишится работы. Ещё через пару десятилетий та же участь ждёт большинство оставшихся.

В каком-то смысле звучит здорово. Мы сможем спокойно читать, писать стихи, играть в видеоигры и вообще делать что угодно. И через столетие, скорее всего, так и будет. Человечество вступит в золотой век. Но в ближайшие 20-30 это значит, что многие потеряют работу и пока мы не выясним, как справедливо распределить плоды труда роботов, нас ожидает эпоха массовой безработицы и нищеты. Наряду с глобальным потеплением, будущее без работы — главная проблема, которая стоит перед прогрессивными политиками, не говоря уже про человечество в целом.

Роботы сегодня

Сегодня в мире используются миллионы роботов. Применение им нашлось практически во всех сферах человеческой деятельности. Роботы управляют самолётами и поездами, спускаются в жерла вулканов и на дно океана, помогают в строительстве космической станции, в сборке автомобилей и производстве микрочипов, охраняют здания, используются военными для разведки и разминирования, помогают спасателям искать людей под завалами. Нет такой области, в которой человек не попытался создать себе автоматического помощника.

Украинский робот на ликвидации последствий чернобыльской аварии

На производстве работают сотни тысяч роботов, но гораздо больше их трудится за пределами фабричных цехов. Автономные роботы, обладающие свободой передвижения, включают в себя автономные летательные аппараты, существуют роботы-сапёры (Mini-Andros), роботы-газонокосилки (Robomower), роботы-курьеры (HelpMate), доставляющие лекарства и документы в некоторых больницах, и т. д.

Научить роботов играть в футбол – непростая задача

Особая категория – андроиды или человекообразные роботы. Создать андроидов оказалось более сложным делом, чем ожидалось. Потребовались значительные достижения в области эффективных моторов, технологий машинного зрения и увеличение вычислительной мощности компьютеров, чтобы появились первые андроиды, способные передвигаться, ориентироваться в пространстве и что-то делать, такие как ASIMO и Qrio. Технологии машинного зрения позволяют роботам (пока ещё не очень хорошо) ориентироваться в пространстве, находить дорогу, распознавать предметы. Роботы могут узнавать людей по лицам и голосам. Технологии искусственного интеллекта позволяют роботам самостоятельно принимать решения и действовать автономно.

Нет чёткой грани между роботами и просто машинами. К роботам можно отнести и автоматические поезда и беспилотные летательные аппараты. Существующие технологии (автопилоты) даже позволяют компьютерам осуществлять полёты пассажирских самолётов от взлёта и до посадки. Можно считать функционально близкими к роботам банкоматы и более совершенные киоски для выполнения различных финансовых операций – они эффективно заменяют работника-человека.

iRobot продала более 2 миллионов роботов-пылесосов Roomba

Развлекательные роботы появились с выходом на рынок Aibo, робособаки от Sony. Теперь многие игрушки наделяются зачатками интеллекта – процесс, который скоро приведёт к появлению действительно разумных игрушек вроде медвежонка из фильма AI. Роботы-тюлени и роботы-кошки повышают настроение пожилых людей в японских домах престарелых. Начинается использование роботов для обучения и развлечения детей в детских садах и школах США и Южной Кореи.

В начале 2000-х роботы проникли в сферу домашнего хозяйства (что было предсказано футуристами в 60-е годы): газонокосилки, роботы пылесосы и мойщики пола. iRobot продала уже несколько миллионов робопылесов Roomba. Поумнели и неподвижные машины: стиральные, посудомоечные и т. п. Домашние роботы быстро входят в нашу жизнь. Скоро (примерно к 2015-2020 году) в среднем «умном» доме будет несколько интеллектуальных предметов бытовой техники и несколько автономных роботов.

Социальной катастрофы можно избежать, изменив социальные порядки

ИИ-революция может навсегда освободить человечество от тяжёлой работы. Комбинация «умных» машин и возобновляемой энергии обеспечит человечество всем необходимым. Богатые будут богатеть (ведь они владеют роботами), а остальные будут беднеть и если мы не разберёмся, что с этим делать, проблемы рабочих в течение следующих нескольких десятков лет окажутся куда серьёзнее, чем последствия промышленной революции.

Базовый материальный комфорт будет почти ничего не стоить. Но он всё ещё не будет бесплатным. А капиталисты могут делать деньги, только если им есть кому продавать товар. Ответ на массовую безработицу в результате ИИ-революции должен включать некое масштабное перераспределение доходов, которое отделит их от работы. Или кардинальное переосмысление понятия «работа». Или кардинальное переосмысление понятия «доходы».

Расширенная версия социального государства

В целом, это то, что мы имеем сейчас, но шире. Пособие по безработице будет более щедрым и неограниченным по времени. Национальное здравоохранение станет бесплатным для всех. Каждому безработному гарантировано обеспечение базовых потребностей в пище и жилье. Это не сможет длиться долго, и миллионы людей будут страдать годами, пока мы продолжим обманывать себя. Но на какое-то время это защитит богатых.

Безусловный базовый доход. Первый вариант

Государство гарантирует каждому определённый скромный уровень дохода — мы всё ещё хотим, чтобы люди работали. Безработица не будет настолько стигматизирована, как в современном социальном государстве, но в то же время повсеместная незанятость не будет восприниматься как норма жизни. Некоторые европейские страны движутся в сторону социального государства с базовым доходом для всех.

Безусловный базовый доход. Второй вариант

Базовый доход доступен каждому, и размер дохода способен обеспечить удовлетворительный уровень жизни. Это мы получим, если признаем, что массовая безработица — не признак лени работников и социального упадка, а неизбежный результат развития технологий. Незанятость не будет клеймом для человека и не будет особых причин позволять богачам единолично пожинать плоды искусственного интеллекта, нет смысла и держать безусловный доход на низком уровне. В конце концов, мы не пытаемся вернуть людей к работе.

Налог на роботов

Такое предложение содержалось в проекте доклада Европейскому парламенту. Его поддержал Билл Гейтс, который предлагает заставить роботов платить налог на прибыль и налог с зарплаты, как людей. Это сделает людей более конкурентоспособными. К сожалению, у этой идеи есть недостаток. Если каждая страна не введёт одинаковый налог, то роботы будут просто трудиться в других странах.

Национализация роботов

Частное владение роботами с искусственным интеллектом будет запрещено. Рыночная экономика продолжит существовать в её современном виде с одним исключением: правительство будет владеть всеми ИИ-роботами и продавать с молотка их услуги частному сектору. Вырученные средства будут разделены между всеми. Этот сценарий потребует радикальных изменений в политическом климате страны.

Крупномасштабное прогрессивное налогообложение

Пусть роботы берут на себя работу, но прибыль облагается налогом в 90%. У богатых всё равно будет стимул управлять бизнесом и зарабатывать больше денег, но труд будет считаться общественным благом, как инфраструктура, а не продуктом индивидуальной инициативы.

Налог на богатство

Интеллектуальные роботы смогут производить материальные блага и услуги дёшево, но дефицит останется

Неважно, сколько у вас роботов, — важно количество недвижимости на берегу океана в Южной Калифорнии, подлинников Рембрандта, пентхаусов. Только такие вещи останутся настоящей роскошью, и богачи всё ещё будут их хотеть

Если роботы сделают богатых ещё богаче, стоимость этих предметов роскоши возрастёт соразмерно, останется только обложить их высокими налогами. Богатые получат свои игрушки, а остальные — всё что угодно. Ну, кроме вида на закат над Тихим океаном.

Что именно сказал о будущем Владимир Путин на полях Петербургского экономического форума

Искусственный мышцы: самозалечивающиеся, гидравлически усиленные приводы

В попытке найти способ обеспечить силой мягкую робототехнику, в прошлом году ученые из Колорадского университета разработали серию крайне недорогих искусственных мышц, способных поднимать в 200 раз больше собственного веса и даже самоизлечиваться.

Эти устройства основаны на мешочках, заполненных жидкостью, которая заставляет их сокращаться с силой и скоростью скелетных мышц при подаче напряжения. Наиболее перспективным для применения в робототехнике является так называемый Peano-HASEL, который представляет несколько прямоугольных пакетов, соединенных последовательно, которые сжимаются линейно, как настоящие мышцы.

Доктор

Circadia: биоимплант на страже здоровья

Раз уж речь зашла о страданиях во имя прогресса, время поговорить о ещё одном революционном импланте Grindhouse Wetware. Биочип Circadia не только подсвечивает татуировку, но и следит за здоровьем владельца. Термометры, градусники и фитнес-браслеты? Пф, вчерашний день. Киборгам не пристало пользоваться примитивными штуками. Признайтесь: вы всегда мечтали о подкожном устройстве размером с пачку сигарет, которое будет считывать температуру тела. С какой целью? Чтобы передавать текстовую информацию на Android-девайсы по беспроводной связи. Открываете на планшете соцсеть Twitter, а там сообщение от Circadia: «Температура — 37,3; примите меры». Кибернетические технологии XXI века в действии. То, что доктор прописал!Впрочем, хотя чип и помещён в защитную силиконовую оболочку, никакой доктор в здравом уме имплант не пропишет (если только его фамилия не Менгеле). Circadia питается от литиевого аккумулятора, подзаряжаемого беспроводным путём. Если батарея протечёт, летальная доза щелочи попадёт в организм, а там и до сепсиса или гангрены рукой подать. Но настоящим биохакерам не страшны подобные мелочи. Тим Кэннон, руководитель Grindhouse Wetware, два месяца тестировал изобретение на себе. И даже с его помощью предотвратил серьёзную травму. Ну как предотвратил: сам имплант и оказался потенциальным источником угрозы. Посмотрел Тим на разбухшую руку и смекнул: если не вынуть Circadia, то батарея взорвётся. И побежал к хирургу. Дабы решить проблему, сначала нужно её создать — неписаное правило биохакера.

Появляются роботы в виде животных, проверьте своего кота

Антропоморфные роботы – это здорово, но роботы, созданные по образу и подобию животных, порой куда интереснее. К примеру, стартап Festo создал робота-паука и летучую лисицу, которая напоминает гигантскую роботизированную летучую мышь.

Биомиметические роботы уже засветились на экране. Робота-паука вы могли видеть в «Звёздных войнах»: ноги позволяют ему делать колесо, а передвигаться позволяет толчок последней парой конечностей. Сбивать робота-паука с ног бесполезно – он сразу же поднимается и катится дальше.

Летучая лисица вполне естественно парит. Для крыльев инженеры использовали модифицированный воздухонепроницаемый эластан. Конструкцию облегчили по максимуму, чтобы лисице было проще летать. Кроме того, компания разработала робота-кенгуру и множество других робозверей.

Роботы в ближайшем будущем

Всё больше производственных операций будет роботизироваться. Использование программируемого производства (custom manufacturing) потребует универсальных мобильных роботов, способных не только выполнять заранее заданный набор операций на рабочем месте, но и свободно передвигаться по производственным помещениям, переносить между рабочими местами компоненты и готовые изделия и гибко реагировать на изменения в производственном процессе. Скоро такие физически простые дела как работа аптекаря или библиотекаря в книгохранилище будут отданы роботам. 

Робот-аптекарь Робби

Большое количество почти полностью роботизированных фабрик и заводов начнёт появляться к 2020. К 2010-2015 роботы начнут активно использовать в сельском хозяйстве. Специализированные роботы, помогающие человеку в тяжёлой физической работе (но не полностью автономные) появятся к 2015 году. Роботов на улицах наших городов мы увидим уже к 2010-2015 году. Это будут роботы-уборщики, роботы-погрузчики.

Большая часть транспорта будет автоматизированной к 2020-2030 году. Сегодняшние автомобили значительно поумнеют: сперва они будут лишь помогать водителям выполнять некоторые операции (сложная парковка, контроль за безопасностью, движение по шоссе), но потом они возьмут на себя весь процесс вождения. Чуть раньше мобильные роботы появятся в транспортной отрасли (например, погрузочные) и горнодобывающей. Мы увидим полностью автоматизированные логистические терминалы.

Хирургический робот Da Vinci

Роботы будут всё больше использоваться в медицине. В некоторых областях они уже могут работать более эффективно, с большей точностью и меньшей вероятностью ошибки, чем доктора люди. Скоро можно будет совместить робохирургов с технологиями диагностирования (экспертные системы уже давно используются для постановки диагнозов, анализа рентгеновских снимков и т. п.). В этой области робототехника соприкасается с телехирургией, удалёнными операциями, выполняемыми человеком по видеосвязи. К 2020 году значительная часть операций будет выполняться роботами, а первые микророботы начнут вести наблюдения над здоровьем людей внутри их тел.

Роботизация будет не совсем такой, какой её описывали фантасты. Она будет сочетаться с автоматизацией (без автономности), переносом множества видов деятельности в онлайн (как заказ билетов), поумнением нашего окружения (дома, дороги, и т. п.). Например, не будет андроида-лифтёра, нажимающего кнопки, будет умный лифт. Не будет роботов-переводчиков, как 3PO из «Звёздных войн», будут функции синхронного перевода в телефонах, карманных и носимых компьютерах.

Робот, играющий в карты с людьми (будущее)

Тем не менее, появится огромное количество автономных специализированных роботов, но выглядящих совершенно по разному и выполняющих очень разные функции. Роботы будут передвигаться на колёсах, на двух и более ногах, ползком, прыжками и другими способами, причём не только по земле, но и по поверхности других планет. Роботы будут плавать на поверхности рек и морей и в глубинах океана, летать в воздухе (некоторые без посадки), обеспечивая связь и наблюдение за окружающей средой. Многие роботы будут способны менять свою форму и структуру в зависимости от ситуации. Программы и форма роботов смогут создаваться с помощью эволюционных алгоритмов.

Будут и похожие на человека двуногие и двурукие андроиды, универсальные помощники, созданные для взаимодействия с человеком в обычной среде, помощи ему в повседневной деятельности и любви. Первые подобные андроиды – это японский Asimo и корейский Hubo. Распространение на работе и в быту первые такие роботы получат после 2010 года.

Убийца

Неизбежная беспилотность

На недавней встрече с инвестиционным консультантом, специализирующимся на M&A-сделках в области высоких технологий, я выяснила, что «китайцы сметают всё, что связано с connected car», в том числе и в России. Пока мы обсуждали эту историю, сидя в ресторане, в новостях на ТВ прошла информация о том, что Apple подтвердила намерение разработать свой «беспилотный» автомобиль.

Тема обжигающе горячая, и через полгода уже будет поздно начинать ею заниматься, поляна будет поделена. Но пока в этой сфере ещё много чего можно дорабатывать и изобретать. Научно-исследовательские лаборатории по всему миру всё ещё работают над тем, чтобы построить машины, которые смогут передвигаться по сложным неровным и наклонным поверхностям, не роняя себя, грузы и оборудование.

Беспилотность — это не только про пассажирский и грузовой транспорт, передвигающийся по земле. Это еще и про летающие машины. Бум массовой популярности дронов нарастает. В 2014 году их продажи в мире утроились, в прошлом — удвоились, и пика на этом рынке пока не видно. Дроны уже начали использоваться для доставки пиццы — так работает компания Domino в Новой Зеландии.

Полицейские беспилотники, наблюдающие за потоками транспорта и прогнозирующие возможные преступления, уже никого не удивляют своим гудением. Они стали обыденностью в нескольких штатах Северной Америки. Они действительно помогают понизить уровень преступности. Если скрестить дроны с методами анализа больших данных, то они смогут предсказывать преступления в реальном времени.

Кстати, система такого рода используется полицией Лос-Анджелеса, хотя пока без дронов. Предиктивность — способность предсказывать вероятность возникновения событий — это одна из способностей, которую роботы могут приобрести благодаря методам машинного обучения.

…и ездят по вашей квартире

Конечно, роботы-пылесосы не упомянуть нельзя. Роботам можно доверить поддержание чистоты и порядка. Используя инфракрасные и радиодатчики, они просканируют помещение, обнаружат мусор, составят план помещения и проложат оптимальный маршрут уборки.

А когда батарея на исходе, самостоятельно вернутся на базу для подзарядки, чтобы затем продолжить.

Кроме того, разработаны роботы для мытья окон, прочистки канализации, стрижки газонов, чистки бассейнов, уборки снега.

А эта забавная штуковина не менее полезна – может принести пиво из холодильника:

Я сверху вижу всё, ты так и знай

Если говорить о развитии технологий беспилотных автомобилей, то нельзя оставить без внимания технологии машинного зрения, которые усовершенствовались в последние годы. На YouTube в конце октября появился ролик с автомобилем Tesla, движущимся самостоятельно по дорогам Калифорнии.

Эта картина заставила понервничать опытных водителей, которые отождествились с безвольно сидящим за рулём пассажиром. Но беспокоиться им было не о чем, по крайней мере этот ролик заканчивается хорошо — все остались целы и добрались до пункта назначения. В видео производитель демонстрирует, как машина считывает и интерпретирует информацию с трёх камер, расположенных на корпусе. На идеальных дорогах Кремниевой Долины этого вполне достаточно.

Но ученые пока еще не добились того, чтобы искусственные глаза роботов могли распознавать предметы, лежащие на дороге, и помогать автомобилю двигаться в сложных погодных условиях. Впрочем, даже в вечно солнечной Калифорнии беспилотные машины проявили себя не на сто процентов безопасными. Не так давно произошла первая трагедия с участием автомобиля Tesla, который двигался под управлением электронного интеллекта. Машина протаранила тягач с прицепом, водитель не успел взять управление на себя. Этот случай заставил людей задуматься о многом.

Механическая зубрёжка

Прорыв в технологиях искусственного интеллекта и старт их активного применения на практике — тренд последних двух-трех лет. Если раньше на создание системы качественного машинного перевода требовалось десятилетие, то сейчас стартапы, которые только-только запустились, уже спустя год могу предложить потребителям вполне сносный конкурентоспособный продукт в этой сфере.

Машинное обучение — новый подход к работе с информацией, он очень быстро превращает машины в интеллектуальные устройства. Во многом бум разработки программ на базе машинного обучения связан с тем, что почти всё необходимое для этого можно найти среди свободно распространяемого ПО. Достаточно скачать среду разработки, несколько библиотек, прочитать мануал и вперед. За неделю-другую можно написать, к примеру, программу распознавания винных этикеток или даже лиц.

Возможности ИИ открыли такую вселенную, которую человечество будет осваивать даже не десятилетиями, а веками. Это означает, что роботы становятся умнее и учатся самостоятельно. Они даже способны передавать свои знания друг другу. Для этого, конечно, необходима инфраструктура связи. С ее помощью та программа, которая изобрела недавно новый универсальный язык, могла бы обучить ему другие машины.

Кстати, люди не ставили искусственному интеллекту задачу по созданию нового языка, это был побочный продукт его обучения переводам с разных языков. Программа сама научилась делать сносные переводы между парами языков, о которых ее не просили. Отсюда исследователи пришли к выводу, что компьютер пользуется системой общения мета-уровня, этаким новым эсперанто, универсальным языком.

Самосборный наноразмерный робот из ДНК

Если вы привыкли думать о роботах как о гигантских металлических машинах, значительное число ученых работают над созданием наноразмерных роботов из ДНК. А в прошлом году немецкие ученые создали первый роботизированный манипулятор с дистанционным управлением из ДНК.

Они создали отрезок тесно связанных молекул ДНК, который действовал как манипулятор, и прикрепили его к основанию ДНК с помощью гибкого сустава. Поскольку ДНК переносит заряд, им удалось заставить манипулятор вращаться подобно стрелке часов, подавая напряжение и меняя направление за счет изменения этого напряжения. Есть надежда, что эта рука в конечном итоге может быть использована для создания материалов по кусочкам в наномасштабах.

Может ли робот сам определять степень дезинфекции?

Сейчас нет технологий, которые позволили бы проверять уровень загрязнений «на лету». Все равно для начала нужно сделать пробу, поместить в чашку Петри, прорастить день, и только потом будет понятно, какое было загрязнение.

Ближайший аналог робота-дезинфектора от Сбербанка — датская разработка компании UVD Robots. Он стоит €60 тыс. и работает качественнее, чем человек. Ультрафиолет убивает 99,9% бактерий, микробов и вирусов, а санобработка жидкостями не может дать такого результата.

Другая разработка — робот-манипулятор с компьютерным зрением. Он распознает предметы и сам решает, как с ними обращаться. Эта технология называется Reinforcement Learning — машинное обучение с подкреплением, без учителя. То есть это обучение, которое происходит, когда робот взаимодействует со средой. Зачем? Чтобы научиться, как человек. Всю нашу жизнь мы взаимодействуем с окружающим миром и если видим кружку, понимаем, что это, как ее лучше взять. У роботов такого опыта нет. Научить его распознавать, что это кружка, а это — кроссовок, научить брать, как надо — это задача ИИ. В Лаборатории робототехники Сбербанка создали робот-манипулятор, который занимается тем, что перемещает мешки с деньгами.

При этом сегодня большинство роботов по сути бесполезны в наших квартирах. Они не смогут сделать банальную уборку и переставить предметы по местам, потому что на каждый объект их нужно программировать отдельно. Пример — склады Amazon. Роботы там давно отвоевали значительную часть работы — они перемещают грузы. Но все сложные элементы сортировки все равно выполняют люди. Компания даже проводила конкурс Amazon Picking Challenge, в рамках которого разработчики всего мира показывали своих роботов-манипуляторов, которые могут выполнять работу людей.

Что еще почитать по теме:

• Как понять робота: подборка полезных лекций об искусственном интеллекте
• 12 российских промышленных роботов: от манипуляторов до экзоскелетов
• 5 домашних роботов, которые изменят вашу жизнь
• Роботам — работу: почему в автоматизированном будущем мы не лишимся рабочих мест

Подписывайтесь на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.