Матеріал 3.0: час програмувати матерію

Ви зустрічаєте кінець довгого дня в своїй квартирі на початку 2040-х років. Ви добре попрацювали і вирішуєте перепочити. «Час фільмів!», говорите ви. Будинок відповідає на ваші позиви. Стіл розпадається на сотні крихітних частин, які заповзають під вас і приймають форму крісла. Екран комп'ютера, за яким ви працювали, розтікається по стіні і перетворюється на плоску проекцію. Ви розслабляєтеся в кріслі і через кілька секунд вже дивіться фільм в домашньому кінотеатрі, все в тих же чотирьох стінах. Кому потрібно більше однієї кімнати?

Це мрія працюють над «програмованої матерією».

У своїй останній книзі про штучний інтелект Макс Тегмарк проводить відмінність між трьома рівнями обчислювальної складності для організмів. Життя 1.0 — це одноклітинні організми зразок бактерій; для неї апаратне забезпечення неможливо відрізнити від програмного. Поведінка бактерій закодовано в її ДНК; нічому новому вона навчитися не може.

Життя 2.0 — це життя людей в спектрі. Ми частково застрягли в своєму обладнанні, але можемо змінювати власну програму, роблячи вибір у процесі навчання. Наприклад, можемо вивчити іспанську замість італійського. Подібно управління простором на смартфоні, апаратура мозку дозволяє завантажувати певний набір «покетов», але в теорії ви можете вивчати нове поведінку, не змінюючи базовий генетичний код.

Життя 3.0 відходить від цього: істоти можуть змінювати як апаратної, так і програмну оболонку за допомогою зворотного зв'язку. Тегмарк бачить в цьому справжній штучний інтелект — як тільки він навчиться змінювати свій базовий код, станеться вибух інтелекту. Можливо, завдяки CRISPR та іншим методам редагування генів, ми зможемо використовувати власне «програмне забезпечення» для зміни власного «пристрою».

Програмована матерія переносить цю аналогію на предмети нашого світу: що, якщо ваш диван зміг би «навчитися», як стати столом? Що, якщо замість армії швейцарських ножів з десятками інструментів, ви обзавелися б єдиним інструментом, який знав би, як стати будь-яким іншим інструментом для ваших потреб, по вашій команді? В переповнених містах майбутнього на зміну домівках могли б прийти апартаменти, в яких була б одна кімната. Це дозволило б заощадити простір і ресурси.

У всякому разі такі мрії.

Оскільки створювати і виробляти окремі пристрої так складно, неважко припустити, що описані вище штуки, які можуть перетворюватися у багато різних предметів, будуть надзвичайно складними. Професор Скайлар Тиббитс з Массачусетського технологічного інституту називає це 4D-печаткою. Його дослідницька група визначила ключові інгредієнти для самостійної збірки як простий набір чуйних «цеглинок», енергії і взаємодій, з яких можна відтворити практично будь-який матеріал і процес. Самозбірка обіцяє прориви у багатьох галузях, від біології до матеріалознавства, інформатики, робототехніки, виробництва, транспортування, інфраструктури, будівництва, мистецтва та багато іншого. Навіть у кулінарії та освоєнні космосу.

Ці проекти все ще в зародковому стані, але «лабораторія самостійної збірки» (Self-Assembly Lab) Тиббитса та інші вже закладають основи для їх розвитку.

Наприклад, є проект по зборку стільникових телефонів. На розум приходять страшні фабрики, на яких цілодобово самостійно збираються мобільні телефони з 3D-друкованих частин, не вимагаючи втручання людей або роботів. Навряд чи такі телефони будуть відлітати з полиць як гарячі пиріжки, але вартість виробництва в рамках такого проекту буде незначною. Це доказ концепції.

Одним з основних перешкод, які необхідно подолати при створенні програмованої матерії, є підбір правильних фундаментальних блоків. Важливий баланс. Щоб створити дрібні деталі, потрібні не дуже великі «цеглинки», інакше кінцева конструкція буде виглядати грудкувате. Через це будівельні блоки можуть бути марними для деяких застосувань, наприклад, якщо потрібно створити інструменти для тонких маніпуляцій. З великими шматками може бути складно змоделювати ряд текстур. З іншого боку, якщо частини занадто малі, можуть виникнути інші проблеми.

Уявіть собі установку, в якій кожна деталь представлена невеликим роботом. Робота має бути джерело живлення і мозок або принаймні якийсь генератор сигналів і процесор сигналів, все в одному компактному блоці. Можна уявити, що ряд текстур і натягів можна моделювати, змінюючи силу «зв'язку» між окремими одиницями — стіл повинен бути трохи твердіше, ніж ваше ліжко.

Перші кроки в цьому напрямку були зроблені тими ж, хто розробляє модульних роботів. Дуже багато груп вчених працюють над цим, включаючи MIT, Лозанни і Університет Брюсселя.

В новітній конфігурації окремий робот виступає в якості центрального відділу, приймає рішення (можете називати його мозком), а додаткові роботи можуть приєднуватися за необхідності до цього центрального відділу, якщо потрібно змінити форму і структуру загальної системи. Зараз в системі всього десять окремих одиниць, але, знову ж таки, це доказ концепції того, що модульною системою роботів можна управляти; можливо, в майбутньому невеликі версії цієї системи ляжуть в основу компонентів для Матеріалу 3.0.

Легко уявити, як за допомогою алгоритмів машинного навчання ці рої роботів вчаться долати перешкоди і реагувати назміна навколишнього середовища легше і швидше окремого робота. Наприклад, система роботів могла б швидко перебудовуватися, щоб куля проходила без пошкоджень, формуючи таким чином невразливу систему.

Говорячи про робототехніки, форма ідеального робота була предметом багатьох дискусій. Одне з недавніх великих змагань з робототехніки, проведеному DARPA, Robotics Challenge виграв робот, який може адаптуватися. Він переміг відомого гуманоїда Boston Dynamics ATLAS простим додаванням колеса, яке дозволило йому кататися.

Замість того щоб будувати роботів у формі людей (хоча іноді це корисно), можна дозволити їм розвиватися, розвиватися, шукати ідеальну форму для виконання поставленого завдання. Це буде особливо корисно в разі лиха, коли дорогі роботи зможуть замінити людей, але повинні будуть готові адаптуватися до непередбачуваних обставин.

Багато футурологів представляють можливість створення крихітних наноботів, здатних створювати що завгодно із сировини. Але це не обов'язково. Програмована матерія, яка може відповідати і реагувати на навколишнє середовище, буде корисна в будь-яких промислових застосуваннях. Уявіть собі трубу, яка може посилюватися або послаблюватися за необхідності змінювати напрямок течії по команді. Або тканину, яка може ставати більш або менш щільною в залежності від умов.

Ми все ще далекі від часів, коли наші ліжка зможуть трансформуватися в велосипеди. Можливо, традиційне нетехнологічне рішення, як це часто буває, буде набагато більш практичним і економічним. Але оскільки людина намагається засунути чіп в кожен неїстівний об'єкт, неживі об'єкти будуть ставати трохи більше живими з кожним роком.