Знаменитый робот-убийца из «жидкого металла» Т-1000, похоже, переходит из категории «голливудская фантастика» в категорию «научная статья в Nature Physics». Исследователи из Университета Амстердама создали метаматериалы (искусственно спроектированные структуры с нестандартными свойствами), которые умеют обучаться, запоминать формы, забывать старые и переключаться между несколькими конфигурациями — без единого центрального процессора. Материал может ползать, брать предметы и адаптироваться к среде.
Конструкция выглядит обманчиво просто: гибкая цепочка одинаковых моторизованных шарниров, соединённых упругим каркасом. Каждый шарнир содержит микроконтроллер, который измеряет угол поворота, хранит историю движений. Происходит локальный обмен данными между узлами и постепенная подстройка жёсткости. Через несколько десятков итераций обучения («эпох») цепочка принимает нужную форму в ответ на заданный входной сигнал. Исследователи обучили материал из 11 звеньев последовательно складываться в буквы слова LEARN, а версию, состоящую из 48 узлов, — в силуэт кошки. Не за счёт жёсткой программы, а за счёт изменения внутренней жёсткости каждого элемента, примерно так работает формирование привычки у собак в опытах физиолога Павлова.
Ключевой трюк — так называемое контрастивное обучение (метод, при котором система сравнивает своё текущее состояние с желаемым и корректирует параметры). Этот же принцип лежит в основе современных нейросетей. Только здесь он реализован не в кремниевых чипах, а прямо в механических связях. Физика заменяет программный код.
Самое неожиданное, что обнаружили учёные, — это то, что материал начал сам «запоминать» несколько разных устойчивых форм одновременно. Когда в ходе обучения микроконтроллеры в каждом маленьком элементе цепочки немного меняют свои настройки, материал начинает вести себя не как обычный — он не просто сопротивляется, когда его тянут или сжимают, а как будто «тянет» себя в одну из сторон. Благодаря этому у всей цепочки появляется несколько положений, в которых она может спокойно остановиться.
Небольшой внешний толчок — и материал сам начинает переключаться между этими формами, создавая движение. Именно так работает «рефлекторный захват», который создали исследователи: цепочка сама захлопывается при касании объекта и отпускает его по команде. При этом нет сервопривода, нет единого центрального контроллера и нет обычного программного кода.
Благодаря открытию можно будет создавать роботов для обследования трубопроводов и разрушенных зданий, эндоскопы нового поколения, адаптивные протезы и ортезы, самооптимизирующиеся аэродинамические поверхности. В медицине — импланты, которые подстраиваются под анатомию пациента после установки. В космосе — конструкции, меняющие форму под нагрузку без механических приводов.
