Самый простой способ попасть на Марс
Голубые закаты, гигантские каньоны и марсианские вулканы — очень скоро туристы смогут исследовать Красную планету, не покидая своей любимой комнаты. Представьте, что на Марсе сейчас полдень. Алое небо ясное, а температура порядка нуля градусов — идеальные условия, чтобы провести там сутки. Один за другим экскурсанты покидают автобус и погружают ноги в пыль. Пустынный скалистый пейзаж простирается насколько видят глаза. Наверху можно различить слабые очертания самой большой из лун планеты, Фобоса. Все делают селфи.
Никаких скафандров, гидов или людей в поле зрения нет. Это партия роботов-аватаров — и сегодня они собираются взойти на гору Олимп, самый большой вулкан в Солнечной системе.
Где-то за 54,6 миллиона километров от Земли настоящие туристы наслаждаются межпланетным путешествием прямо у себя дома. На них надеты костюмы, позволяющие мгновенно передавать движения тела к аватару в режиме реального времени. Туристы видят, слышат и чувствуют все, что и их аватары, от контуров камней под ногами до веса камер в собственных руках.
Если вам кажется это странным, подумайте еще раз. Веками мы мечтали прогуляться по Красной планете. Но учитывая 20 месяцев полета, среднюю температуру в -55 градусов и ценник в 10 миллиардов долларов за билет, в настоящее время едва ли это самая горячая путевка среди туроператоров.
И это если отбросить риск самого запуска — шансы на взрыв примерно 1 к 100 — или вероятность столкновения на скорости 19 200 км/ч. И даже если вам удастся обойти эти препятствия, вы будете вознаграждены щедрой порцией космического излучения, эквивалентной 10 000 КТ-сканированиям и гравитацией, которая постепенно превратит ваши кости в списки (62% земной). Наконец, есть еще одно: первое путешествие на Марс состоится не раньше 2024 года.
Теперь вернемся к роботам-аватарам, бесстрашным исследователям, которые смело пойдут туда, куда не смогут люди. Совместив сложные датчики с новейшими технологиями виртуальной реальности, мы сможем нарисовать трехмерную картину мира вокруг роботов и погрузиться в этот самый мир. Картинка будет такой же яркой, как если бы вы любовались Марсом через стекло скафандра. Такая технология уже существует.
Во-первых, на Марсе уже есть роботы-аватары. «Мы уже это сделали», говорит Джон Каллас из Лаборатории реактивного движения NASA. Марсоход «Оппортьюнити» — братишка «Спирита», который оборвал связь в 2012 году, — обеспечивает трехмерную перспективу марсианской поверхности с самого момента высадки в 2006 году.
Инновации, которые позволили осуществиться этому виртуальному присутствию, до ужаса просты. У марсохода есть «стереоскопическое зрение» — этим хитроумным термином обозначают зрение с помощью двух глаз, направленных в одном направлении, как у человека. Сопоставляя крошечные различия между двумя полями зрения, марсоход может рассчитывать глубину, размер объекта и расстояние до него.
«Вы можете стоять в пустой комнате, и вам будет казаться, что вы смотрите на Марс и ходите по нему», говорит Каллас.
Еще в 2012 году группа ученых Стэнфордского университета вооружилась этим подходом, чтобы сделать несколько гигантских скачков в условиях низкой гравитации. Под руководством Усамы Хатиба группа искала способ исследовать другую недружелюбную среду: подводную. В Красном море великое разнообразие коралловых рифов; больше тысячи видов рыб живут вместе с редкими дюгонями, морскими черепахами и акулами.
Но оно под угрозой. В 1989 году в египетском городе Хургада, который находится всего в 40 километрах от рифа, было всего 565 номеров в отелях; в 2006 году их стало больше 48 000. Число туристов выросло больше чем в 84 раза меньше чем за два года. Необходимо изучить жизнь в Красном море — и попытаться ее защитить — пока не станет слишком поздно.
И в этом состоит вторая проблема. Дайвинг отнимает много времени, опасен и обычно ограничивается малыми глубинами; роботизированные подводные аппараты, как известно, неуклюжи. Ученым нужны были способности людей-водолазов без слабых сторон простых смертных.
Вместе с коллегами из Стэнфордского университета, Хатиб разработал Ocean One, робота-гуманоида, непохожего на других. Этот шедевр инженерного искусства, помесь C-3PO и манекена для краш-теста, получил тактильные способности, которым мог бы позавидовать и человек.
Каждая его рука оснащена датчиками силы, которые ретранслируют информацию обратно к контроллеру в режиме реального времени, позволяя ему чувствовать то, что чувствует аватар, и контролировать его движения. В результате получился робот со сверхчеловеческой стойкостью и человеческой силой ума. Ученые смогли погрузиться под воду и даже галстуков не намочить.
На данный момент Ocean One управляется с помощью джойстиков. Но другие разработали роботов, которые больше похожи на технологически продвинутых марионеток, когда робот зеркально повторяет действия контроллера. Когда человек перемещает руку влево, аватар вторит ему в унисон. Все, что нужно, это надеть набитый датчиками костюм.
В начале этого года Хатиб использовал своего робота, чтобы достать хрупкую стеклянную вазу из затонувшего La Lune. Флагман Людовика XIV затонул у берегов Тулона в 1664 году.
Чтобы понять, чем интересна эта технология, сначала нужно понять ограничения обычного автономного робота.
Хотя они могут обрабатывать базы данных, на осмысление которых обычному человеку ушли бы тысячи лет, за миллисекунды, они неспособны выполнять наши простые рутинные задачи — вроде передвижения по комнате, не тыкаясь в каждую стену. В этом плане роботы совсем дурачки.
Если вы когда-нибудь видели, как робот передвигается в незнакомой среде, вы должны были заметить, что они тратят поразительно много времени на неподвижное стояние. В это время они занимаются «планированием движений» — пытаются рассчитать наиболее эффективный путь между двумя объектами, например, камнями. У этих задач есть очень неприятные математические свойства, говорит Йонас Бухли, специалист в области гибкой робототехники из Швейцарского федерального технологического института.
Далее идет проблема захвата. Удивительно трудно разработать робота, который сможет прилагать нужное количество силы и не перестараться, поскольку для понимания того, как силы действуют на разные материалы и объекты, нужен опыт.
Если поручить автономному роботы достать вазу из древнего затонувшего судна, он, скорее всего, раздавит ее в щепки (или разобьет) и доставит вам мусор. «Человек, удаленно управляющий манипулятором, сможет выполнить больше задач, чем может в настоящее время чисто автономный робот», говорит Пратт.
Даже роботам с искусственным интеллектом все еще требуется поводырь в лице человека. Взять, к примеру, самоуправляемые автомобили. По состоянию на август этого года автомобили Google проехали больше 600 000 км. Пятнадцать раз объехали планету. Очевидно, если машина может ехать самостоятельно, мы могли бы использовать подобную технологию для навигации на Марсе?
Но на деле автомобили не прокладывают новые пути — они уже проехали по одним и тем же дорогам несколько раз, только под управлением людей. В ситуациях, в которых они еще не бывали, роботам не хватает жизненного опыта, чтобы принять хорошее решение и избежать столкновения. Если отправить астронавта на другую планету, вместе с ним полетит 40 лет жизненного опыта. Он собрал кучу информацию о том, как работает этот мир.
Взять, к примеру, трещины на поверхности Марса. Люди сразу же их увидят и перепрыгнут, а вот роботам придется сложнее. Если освещение будет неподходящим — темнее или светлее, чем то, к которому был приучен робот, — об этом можно забыть.
Аватары позволяют решить некоторые из этих проблем, поскольку люди прекрасно решают сложные задачи и могут обучаться. Команда Хатиба в настоящее время экспериментирует с возможностью запуска управляемых силой мысли аватаров. В 2012 году человек смог управлять роботом, просто передавая мысленные сигналы через фМРТ.
Хатиб надеется, что однажды его роботы будут ходить по другим планетам; NASA уже разрабатывает собственных гуманоидных аватаров, надеясь применить их к исследованию Марса. В идеале они должны быть достаточно хороши, чтобы люди могли не отправляться на Красную планету самостоятельно и выполнять все работы силами роботов, говорит Джерри Пратт, эксперт в области робототехники.
Впереди долгий путь. Законы физики существенно усложняют межпланетный виртуальный туризм. На данный момент NASA взаимодействует со своим марсоходом на Марсе с помощью радиоволн, которые движутся на скорости 300 000 км/с. Это достаточно быстро, но Марс очень и очень далек. Задержка в передаче сигнала составляет 15 минут.
Это огромная проблема. «Оппортьюнити» проехал по поверхности Марса 43 километра. Но на это ушло 12 лет. Поскольку он ожидал инструкций с Земли перед каждым движением, в день удавалось проехать не больше 100 метров.
Впрочем, Пратт настроен оптимистично. Он думает, что мы можем построить колонию марсоходов и роботов на Красной планете, а люди будут управлять ими на поверхности Марса, на орбите или на одном из спутников планеты.
Кто знает, возможно, в один прекрасный день первые колонисты Марса отправят аватаров на Землю для осмотра местных достопримечательностей.
