При создании роботов ученые часто обращаются к природе, чтобы понять ту или иную закономерность и найти алгоритмы поведения существ или взаимодействия между ними. Параллельно идет работа в обратном направлении – с помощью роботов люди пытаются разгадать законы дикой природы.
Белка
Недавно в Америке создали белок-роботов для изучения взаимодействия между грызунами и их главными врагами — змеями.
В ходе эксперимента в лабораторных условиях удалось определить, что при виде змей у белок нагревается хвост, и они делают им предупреждающие знаки. Завидев змею, белка приближается к голове хищника и вытягивается, махая хвостом. С помощью электронных белок ученые хотят определить, как змеи будут реагировать на те же знаки хвостом, но без повышения его температуры.
Испытания в условиях дикой природы обернулись целым приключением. Сезон, когда змеи особенно внимательны к белкам, короткий – всего пара недель в конце весны и столько же в начале лета. Змеи приняли роботов за настоящих белок. Как показали записи видеокамер, змеи не боялись нападать на них и кусали роботов за голову.
Выяснилось, что змеи редко нападают на взрослую белку, сигнализирующую хвостом. Если они это и делают, то всегда промахиваются. На роботов-белок без хвоста змеи нападают всегда.
Это не первая попытка создать модель животного для изучения поведения.
Крысы
Изучение поведения животных с помощью адаптивных мобильных роботов – это установившаяся методика для анализа поведенческих моделей. Она была применена в эксперименте с крысами, цель которого – определить, пользуются ли крысы когнитивными картами для ориентации. Две группы по пять крыс проходили три теста: (а) в открытой коробке с угловыми метками и в коробке без них, (б) те же условия, но лабиринт был развернут или отражен зеркально, (в) обе группы запускались в накрытую коробку с угловыми метками. Крысам показали, где спрятана еда в коробке, после чего запустили их в другую коробку, лабиринт в которой представлял собой зеркальное отражение показанного.
В первом и втором опытах крысы находили спрятанное угощение. Вероятно, они ориентировались по внешней среде, а не только по лабиринту в коробке. К удивлению исследователей в третьем опыте крысы в половине случаев ошибались, хотя в коробке были метки.
Результаты позволяют утверждать, что, во-первых, крысы действительно используют когнитивные карты при восприятии окружающего пространства. Во-вторых, когнитивные карты строятся в соответствии с Евклидовой геометрией.
Этот же эксперимент был проведен с участием адаптивного робота, который не умеет строить внутренние карты. Эксперимент показал, что роботы и крысы ошибались примерно одинаковое количество раз:
|
цель достигнута |
достигнута предполагаемая цель (другой угол коробки) |
цель не достигнута |
крыса |
35 |
31 |
33 |
робот |
41 |
41 |
18 |
Ящерицы
Самцы ящерицы Anolis gudlanchi для защиты своей территории использует два угрожающих приема: кивание и выброс подгрудка. В расправленном состоянии он напоминает надутый ярко-желтый шар. Обе атаки означают «я в ярости, уходи».
Однако иногда они еще демонстративно качаются на всех четырех лапах перед тем, как заявить о враждебном настрое. Чтобы понять, что означает эта «разминка», исследователи создали механическую силиконовую ящерицу и поместили ее на дереве в естественной среде обитания ящериц. За реакцией настоящих ящериц ученые наблюдали через видеокамеру.
Оказалось, что ящерицы быстрее реагируют на атаку робота, если ей предшествовала «разминка». Это наводит на мысль, что качание используется для привлечения внимания – схожим образом поступает лектор, когда поднимает руку, добиваясь тишины в аудитории.
Сами же ящерицы чаще используют этот дополнительный знак в условиях плохой видимости (темнота, колышущаяся листва). Это говорит о том, что они всеми способами пытаются избежать физического столкновения.
Иногда все же ящерицам надоедало наблюдать за постоянными атаками робота и они переходили к наступлению.
Мухи
Наблюдать за животными интересно не только потому, что это позволяет лучше понять их природу, но и потому, что механизмы их поведения могут быть использованы при создании летательных аппаратов и других устройств.
От пятен подальше, к вертикалям поближе – вкратце именно так звучат правила навигации мух.
Эксперимент проводился в небольшом замкнутом пространстве. Муху прикрепляли на прут так, чтобы она могла только двигать крыльями, но оставалась на месте. На дисплее ей попеременно показывали то вертикальные линии, то объекты (квадраты, круги и т.п.). Под крыльями расположен инфракрасный датчик, фиксирующий каждый мах. Сравнивая количество махов правым и левым крылом, ученые восстанавливают траекторию движения мухи.
В ходе эксперимента мухи всегда старались держаться от мелких объектов подальше. Причем если сначала показать длинную вертикальную полосу, привлекательный для испытуемой объект, а потом уменьшать его длину, то наступает момент, когда муха удаляется от него, вероятно, принимая его за препятствие или хищника. Ученые заключили, что такая модель поведения обеспечивает безопасность и помогает избежать встречи с хищниками. Тяготение к длинным вертикальным объектам объясняется просто: это безопасные объекты (деревья, трубы), на которые они могут сесть.
Глаза мухи совершают быстрые перемещения. Информация со всех чувствительных органов(гироскопы, «датчики» ветра и т.п.) оперативно обрабатывается, что дает возможность моментально оценивать ситуацию и менять направление движения. Например, мухобойка в начале замаха не кажется им опасной, поскольку она длинная и расположена вертикально. Однако по мере приближения она превращается в «потенциально опасный объект», от которого лучше держаться подальше. Муха взлетает или резко меняет направление движения.
Рыбы
В одном из экспериментов в стаю рыб ввели робота, который внешне напоминал рыбу. Хотя большинство приняло его за «своего», некоторые предпочли держаться на расстоянии от неизвестного предмета.
Когда рыба-робот начинала движение, многие присоединялись к ней. По мере увеличения стаи скорость отдельных особей уменьшалась. Это говорит о том, что при групповом плавании давление на каждую особь уменьшается, в результате чего появляется энергетическое преимущество. По этому же принципу птицы летают клином.
Дети
Восприятие мира ребенком отличается от восприятия взрослым. Для изучения социальных взаимодействий между детьми был изготовлен человекоподобный робот Robovie. Он управляется удаленно так, чтобы дети этого не замечали. Дети с радостью обменивались с ним рукопожатиями, обнимались и разговаривали с ним.
Как показал опрос, около 80% из 90 мальчиков и девочек в возрасте от 9 до 15 уверены, что робот умеет чувствовать.
Потом дети играли с роботом. Он должен был загадать предмет, а дети – угадать его. Потом дети и робот менялись ролями. В разгаре игры организаторы объявили о том, что пора заканчивать, и собрались отвезти Robovie на склад. Робот начал протестовать и отговаривать разработчиков, заявляя, что еще не успел отгадать предмет. Все выглядело весьма убедительно, и дети поверили (88%), что его чувства задеты, и разработчики плохо обращаются с ним (54%), держа все время его в темном чулане. Чуть более половины согласились поделиться с роботом секретами.
В то же время дети были против того, чтобы робот был самостоятельным. Кроме того, в понимании детей Robovie не имел права голоса – его можно было купить или продать, не спрашивая разрешения.
Результаты описанных экспериментов позволяют продвинуться в понимании поведенческих моделей и построения взаимоотношений между живыми существами. Они необходимы для создания полноценного автономного робота-человека, который мог бы самостоятельно принимать решения и участвовать в жизни общества.