Роборої як основа космічної експансії

Ми більш-менш предметно можемо уявляти і обговорювати інженерно-технічні аспекти людської експансії Системою. Про «космозалізо» ми всі експерти і корифеї. Проте інформаційна складова організації взаємодії учасників, хоча б Марсіанської Конкісти, наче в тумані. Будьте певні — ключ до успіху всіх експансіоністських космічних процесів ховається саме на «софтових» поверхах.

Будь-яка масштабна операція — хоч військова кампанія, хоч створення позаземної колонії, базується на трьох китах — ресурси, логістика та інформація.

Без ресурсів і відповідних інженерно-технічних засобів Марсіанська Конкіста неможлива. Над створенням початкового рівня таких засобів зараз працює SpaceX і особисто Ілон Маск, а ми всі азартно спостерігаємо за тим небувалим шоу-процесом. І зараз вже майже всі розуміють, що належна ракетна техніка буде створена.

Без ефективної логістики Марсіанська Конкіста здується до ще одного «прапоровтику», і космічна експансія зійде нанівець. Можливо, знов на десятиліття. Судячи з усього, Маск ще впритул не обмірковував цю тему. А ми вже почали і продовжили. Тож, і на цьому фронті є підстави для оптимізму.

Без докорінного переосмислення IT-забезпечення колонізації Системи експансія приречена на перманентну недолугість і кострубатість. І це не тому, що затримки сигналів можуть сягати десятків хвилин, а за Поясом астероїдів і кількох годин. А через два основних «гальма» — людину і фрагментарність інформаційних потоків.

Слабка ланка

Можливості людини в опрацюванні масивів критичної інформації граничні і дуже граничні. Швидкість реакції ніяка. Здатність відділити емоційне від раціонального сумнівна. Захищеність від помилок відсутня. Звісно, що в більшості випадків у людини вже є добрі «милиці» у вигляді комп’ютерів і техніки з елементами Штучного Інтелекту (ШІ). Але поки людина лишатиметься залученою в інформполе колоніальної місії на будь-якій ділянці, окрім постановки загальних задач — вся місія буде вкрай неефективною, аж до загрози накопичення фатальних помилок. І загальмованою в операційному сенсі. Тому що «Швидкість ескадри визначається швидкістю найповільнішого судна»©.

Людину слід прибирати з інформаційних потоків і від прийняття проміжних рішень так рішуче і так подалі, як тільки це буде можливим.

Фрагментарність організації інфополя

Під фрагментарністю інфополя я розумію сучасні масові комп’ютерні рішення. Здебільшого використовується принцип «кожному користувачу — по власному комп’ютеру». Навіть в добре знайомих нам комп’ютерних мережах ми бачимо окремі вузли-фрагменти. Повноцінні комп’ютери, які кожен для себе є альфою і омегою. Мережу вони сприймають як «периферію» власного всесвіту. З іншими вузлами мережі вони здійснюють лише нерегулярний обмін даними. Як наслідок, нас оточують безліч комп’ютерних пристроїв, що зорієнтовані на відпрацювання однакових рутин, з мінімальним рівнем співпраці одне з одним. По суті, ми живемо в епоху «натурального цифрового хазяйства», яке лише пробує на смак можливості розширеного виробництва. Хоча розподілені обчислення як явище відомі досить давно, та в широкій практиці майже не використовуються. Хіба що у вузькоспеціальних цілях. Як то було з програмою SETI та деякими іншими науковими програмами.

Фрагментарна структура інфополя людства склалася історично. Ми призвичаїлися до неї і багатьом зараз важко уявити, що все може бути якось інакше. Проте, дві реально існуючі технології можуть радикально змінити інформаційну тканину цивілізації. Якщо і не на всій Землі одразу, то в процесі колонізації нових світів — так точно. Це Штучний Інтелект взагалі і розподілений штучний інтелект, або Рій, зокрема.

Ключі до Раю

Динаміка розвитку дисциплін, дотичних до теми ШІ, вже зараз дозволяє стверджувати, що в звичайних «пролетарських» застосуваннях людина не потрібна. Левову частку виробничих операцій або інших видів взаємодії з матеріальним світом вже здатен ефективно контролювати штучний інтелект. Сучасні ШІ вже вміють навчатися. Вони здатні самостійно аналізувати факти і синтезувати оптимальні реакції-відповіді на зовнішні зміни, навіть якщо ті зміни є абсолютною новиною і ніякими програмними заготовками не передбачені. Поки що вартість людських робочих рук є незрівнянно нижчою від вартості кібернетичних робочих рук, і ми розуміємо чому. Але з виходом на простори Сонячної Системи все перевертається на 180 градусів. Витрати на підтримання працездатності пари людських робочих рук в рази перевищуватимуть вартість функціонування аналогічного кібернетичного працівника.

Можу майже без застережень прогнозувати, що з наближенням повномасштабної Марсіанської Конкісти розвиток тематики ШІ все вище підніматиме планку можливостей кібернетичних виконавців, тим самим зменшуючи необхідність залучення людини в усі процеси окрім формування стратегій вищого рівня — постановки задач.

Це правильні бджоли і вони роблять правильний мед

Якщо ми погодимося з невідворотністю роботизації всіх процесів колонізації нового світу, одразу постає питання: А як керувати всією цією машинерією? Як узгоджувати дії хай і дуже розумних, але дуже різнорідних роботів?

Давайте поміркуємо.

Можна до кожного робота приставити свою людину-патрона. Але це дуже дорого. Згадаймо, скільки коштує життєзабезпечення людини поза Землею. І це безглуздо у випадку доволі високого рівня штучного інтелекту. Людина-патрон перетвориться на простого спостерігача, бо не зможе поспівати за реакціями свого підопічного. Уповільнена і неефективна комунікація між людьми-патронами в разі виконання якихось групових місій стане реальним гальмом. І різко підвищить ймовірність помилок. Тому що людині властиво помилятися. «Ніхто не бездоганний», як той казав.

Можна спробувати наперед «прописати» все можливе і неможливе в програмному забезпеченні кожної окремої робо-одиниці і ставити кожній свою задачу. Але це теж шлях в глухий кут. Яким би «розумним» не був окремий ШІ, його можливості обмежені, як і можливості окремої людини. Якою б вона геніальною і могутньою не була.

Тут я хочу звернути вашу увагу на нас самих, на нашу цивілізацію. Являючи собою спільноту доволі слабких, тупих і ненадійних організмів, людство все ж творить справжні чудеса, які не під силу ніякій окремій одиниці (злодійства, це теж чудеса). Чому це вдається? Тому що людство на всіх соціальних рівнях організоване і функціонує подібно до роїв. Спеціалізація і розподіл функцій. Постійний обмін інформацією задля досягнення спільної мети. Співпраця і взаємодопомога. Чи то взвод в бою, чи то футбольна збірна в Єврокубку, чи то бригада шабашників на будівництві хати — це все добрі ілюстрації до питання «Що таке рій?».

Якою я собі уявляю організацію інфополя місії зі створення позаземної колонії?

Максимально роботизованою

1. Будь-який проект зі створення постійного людського поселення (колонії) має починатися з мінімальним залученням людей.
2. Всі, чи майже всі операції мають виконуватися автономними роботами зі штучним інтелектом — автоботами.
3. Окремі робо-одиниці мають бути максимально уніфікованими, конвеєрно-масовими виробами і складатися з невеликого числа стандартних вузлів (блоків) та мати просту конструкцію, оптимізовану для полегшення ремонту в режимі блочної заміни.
4. Автоботи мають працювати в складі масштабованих роїв.
5. Інструментальна та іншого роду спеціалізації, в залежності від характеру поточної задачі рою, забезпечуються змінними уніфікованими актуаторами.
6. Кожен автобот мусить мати Штучний Інтелект і програмну бібліотеку базового (низького) рівня. Для виконання певної задачі компоненти рою забезпечуються додатковим профільним ПЗ та специфічними даними, які після завершення задачі і звітування, видаляються.
7. Координація окремих роїв може відбуватися у вигляді «рій роїв», або здійснюватиметься людським персоналом.

Сучасні передумови створення універсальних колоніальних робороїв

Більшості пересічних мешканців Землі роборої видаються якоюсь фантастикою, реалізація якої лежить десь в недосяжному майбутньому. Насправді ж, всі технології та інженерні напрацювання, без яких створення роборою неможливе, вже реалізовані. І не лише в теоретичних викладках, а і в практичних застосуваннях. Ось вони:

1. Масове конвеєрне виробництво. Реалізоване ще 100 років тому. Ця технологія дозволяє кардинально зменшити вартість машинного парку майбутніх колоністів і максимально використати головну перевагу — масовість. Адже за певного рівня насичення масовими технічними рішеннями, утилізація окремих несправних одиниць стає вигіднішою за їх ремонт. До того ж, масове конвеєрне виробництво саме по-собі добре піддається роботизації. А отже значна частина елементів роботів може створюватися прямо на місці, в колонії. З максимальним використанням місцевих ресурсів. Це одна з головних передумов зменшення залежності колонії від метрополії і шлях до самодостатності. Звісно, розробка подібного колоніального заводу роботів вельми непроста задача. Проте, в разі її розв’язання, вантажопотік із Землі може бути реструктурованим на користь дійсно незамінних речей. Пива, наприклад. Або сировини для оргсинтезу їжі, полімерів, фармацевтики. Тобто речей, які сама колонія не зможе виробляти від самого початку через відсутність місцевої сировини і повних технологічних циклів.
2. Адитивні технології, або 3D друк. Вже зараз друкують майже будь-що. Від лопатей реактивних турбін до медичних трансплантатів, від зброї до житла. Неоціненна перевага цієї технології для колоніальних індустрій, це надзвичайна гнучкість. Ця технологія не потребує ніякої спеціальної виробничої оснастки окрім сировини, відповідного 3D принтера і бібліотеки комп’ютерних моделей. Це дозволяє отримувати вузли і деталі будь-якої геометричної складності і за потреби швидко вносити зміни в кінцеву продукцію зміною комп’ютерних моделей. І все це не в гігантських фабричних корпусах, а в польових умовах, буквально «…який легко приховати від сторонніх поглядів в тумбі письмового столу… дає в день відро чудового ароматного перваку».©
3. Штучний інтелект. Якщо хтось сумнівається, що навіть сучасний стан справ у проблематиці ШІ дозволяє вирішувати буквально всі задачі, які можуть постати перед робороєм «в полі», так я скажу — не сумнівайтеся. Такі прості задачі, з якими стикатиметься робо-рій під час дослідження Марсу або проведення якихось монтажних робіт, під силу навіть пристроям рівня смартфонів. Адже будь-яка взаємодія рою з фізичним світом зводитиметься до простих і давно вже реалізованих в земних індустріях, діях. Взяти, зачепити, посунути, підняти, повернути, опустити і т.п. Для цього не треба бути Ейнштейном чи Ілоном Маском.
4. Ключовою особливістю робороїв є розподілені обчислення і розподілене використання даних. Це дозволяє нарощувати обчислювальні можливості рою простим його масштабуванням. Ця ж особливість радикально збільшує стійкість «розуму» рою до окремих збоїв чи втрат окремих його елементів. І третє, найважливіше. Міжнародна організація зі стандартизації ISO трактує ШІ як «…здатність інженерної системи здобувати, обробляти та застосовувати знання та вміння». Вчитися. Самостійно приймати оптимальні рішення.
5. Сучасні напрацювання в створенні робороїв, перш за все військової спеціалізації, дозволяють з впевненістю стверджувати — на час початку колонізації небесних тіл, індустрія матиме цілу жменю пропозицій робороїв, здатних створювати планетарну колонію взагалі без безпосередньої присутності людини.
6. Величезний багаж досвіду людства в конструюванні робототехнічних систем для тривалої і ефективної роботи в будь-яких умовах. Тут я згадаю лише трьох найбільш відомих і показових: Voyager, Dawn, Curiosity.
7. Антропоморфність роботів, хоч і не ключова, але дуже потрібна для колоністів тема. Вироби типу Atlas від Boston Dynamics вже освоїли кінематику людського тіла. Вони вже здатні виконувати практично всі види робіт, які виконує людина. А багато в чому, навіть перевершують можливості багатьох з нас. Наприклад, я такі кульбіти крутити не вмію. І навряд чи вже навчусь. Маючи масо-габарити людини, вміючи виконувати всі «людські» дії подібні робоплатформи зможуть працювати з будь-яким інструментом чи машинами, які створені під ергономіку людини. Наприклад, якщо в марсо-ровері відбудеться розгерметизація і екіпаж втратить свідомість, такий собі Марсоатлас просто викине з крісла тіло непритомного водія, всядеться за баранку, натисне на педалі, посмикає важелями зчеплення та коробки передач і пригонить марсо-ровер в герметичний ангар колонії. А може ще й людей вдасться відкачати.

Завдання на доопрацювання

Цілком природно, що зараз ще нема готових реалізацій тих речей, про які я тут розмірковував. Тому що питання колонізації позаземних небесних тіл взагалі ніколи не ставилося в практичній площині. Ми бачили напів-фантастичні плани 1960-х закинути на Місяць декілька бляшанок для створення «постійної бази» або і зовсім фантастичні прожекти, які відштовхувалися від постулату вже якось створеної логістики і вже побудованих кимось куполів.

Але задача колонізації того ж Марсу, чи Місяця вимагатиме суттєвого доопрацювання тривіальних «земних» рішень до умов іншої планети. Зараз мені вбачається першочерговим вирішення таких проблем.

Hardware

Вибір правильних матеріалів. Більшість пластмас широкого вжитку в умовах Місяця та Марса нежиттєздатні. Це стосується і більшості металів. На щастя, космічне матеріалознавство вже давно стало поважною дисципліною і досвід багатьох десятиліть точно дозволить надати конструкторам ціле віяло варіантів для кожної детальки кожного роботу роборою. Америку відкривати не доведеться. Проте, доведеться прискіпливо вибирати під наглядом двох суворих пані — Бухгалтерії Фінансівни і Технології Оптимумівни.

Вибір правильних кінематичних рішень. Необхідність буквально заміняти людську робочу силу роботами ставить головну вимогу до їх кінематики і масо-габаритів. Під час створення поселення для майбутніх колоністів роботам доведеться працювати з людськими інструментами і людською технікою в топологічних умовах «заточених» під людину. Очевидно, що лише антропоморфність принаймні частини елементів роборою зможе забезпечити виконання цієї вимоги. На щастя, такі одиниці вже створені. Я не про Федора, я про Атласа. Він вже зараз може замінити людину в усіх задачах, де потрібна фізична чи операторська праця. Проте, радикального перегляду потребуватиме привод, що рухає всю кінематику робо-одиниці. Якщо це буде гідравліка, гідравлічна речовина має бути працездатною за дуже низьких температур. Але мені більш перспективною видається тема приводу кінематики на основі штучних м’язів. Якщо ви хоча б пробіжете поглядом статтю у Вікі, побачите, що штучні м’язи давно вже не фантастика, а ціла інженерна галузь, що зараз стрімко розвивається.

Розробка єдиного поля стандартів для всього, що буде на Марсі (або Місяці). Починаючи від умовних болтів з гайками до умовних штекерів, зачепів, пумпочок, з’єднань, балок, котів, дверей, і т.п. Вимога жорсткої стандартизації перш за все стосується матчастини робороїв. Бо лише вона може подарувати радикальне скорочення номенклатурного ряду запчастин і спростити сервісно-ремонтні процедури до мінімуму.

Software

Гетерогенні рої, скоріш за все, стануть найбільш поширеними типами робороїв під час виконання завдань з колонізації інших світів. Хоча, зараз розвиток теорії і реалізацій робороїв знаходиться на стадії гомогенних систем — це коли рій складається з однакових елементів «заточених» під виконання вузького спектру задач, чи взагалі — однієї єдиної функції. Створення безлічі різних вузькоспеціалізованих роботів для складання роїв для виконання однієї-єдиної задачі, це нонсенс. Марсіанам будуть потрібні змішані рої, що складаються з кількох типів роботів. З одного боку, достатньо універсальних, а з іншого боку, призначених для виконання певного класу операцій. Наприклад, легкі роботи-розвідники можуть бути також геодезистами, геологами, зв’язківцями, кур’єрами і т.п. Важкі енергонасичені роботи можуть копати. Не копати теж можуть. А ще можуть виконувати роботу бульдозерів або підйомних кранів. Роботи-слюсарі можуть мати повний комплект змінних інструментів для здійснення будь-яких операцій, доступних людині-слюсарю — від хрестових викруток до плазмового різака чи зварювального апарату.

Тобто, реальний рій складатиметься з кількох різновидів платформ різних масо-габаритів і енергонасиченості з широкими можливостями виконання споріднених завдань завдяки наявності змінних маніпуляторів.

Операційна система — не знаю яка буде. Але, навряд чи нащадок Windows або MacOS чи Linux. Тому що програмна платформа не мусить бути орієнтованою на безпосередній постійний двосторонній контакт з людиною. Водночас рою потрібна буде програмна платформа, яка орієнтована на інтенсивну паралельну роботу софту всіх і кожного з компонентів. Розподілені обчислення, причому з широкими можливостями масштабування системи.

Динамічна зміна ієрархії елементів рою може виявитися корисною з огляду можливих «професійних перекваліфікацій» або змін у пріоритетності виконуваних завдань. Під час виконання ланцюжків суб-задач, логічним буде визнавати тимчасовими командирами-координаторами найбільш пристосовані саме для таких операцій одиниці рою. Решта ж має лише забезпечувати обчислювальну потужність, зберігання даних і внутрішню та зовнішню комунікацію рою. Поки завдання не буде виконане. Потім все може помінятися. І колишні ведучі стануть веденими — тиловим забезпеченням.

Застереження і запобіжники

Про небезпеку створення ШІ такого рівня, що усвідомив себе, знають і кажуть всі. Я взагалі вважаю, що така подія просто знищить біологічне людство і ніякі Три Закони Робототехніки тому не завадять.

Лівацько-романтичні надії на добрий і чуйний Штучний Розум типу «Skynet» такі ж безпідставні і небезпечні, як і всі лівацькі мантри. Найбільш імовірною поява самоусвідомлення машинного розуму для мене виглядає в розгалужених мережах розподілених обчислень, тобто в робороях. Роборій навіть за топологією нагадує людський мозок: робокомпоненти в якості нейронів, канали обміну інформацією всередині рою — синапсів. Легка масштабованість рою і свобода налагодження зв’язків між «нейронами», кожен з яких вже є Штучним Інтелектом з усіма принадами ШІ, аж до здатності навчання — прямий шлях до зародження Штучного Розуму.

Цю небезпеку ми маємо враховувати вже зараз, тому що ніхто не знає де знаходиться і як функціонує той тригер, який перемкне кількість на якість.

Як можна запобігти неконтрольованій появі самоусвідомлення у потужних робороїв? Мені здається, приблизно таким чином:

• Три Закони Робототехніки слід визнати додатком до Нульового Закону Робототехніки: «Штучний інтелект ні за яких обставин не може усвідомлювати себе».
• Обчислювальна потужність і пам’ять елементів рою мають бути якнайменшими з необхідних. Тільки те, що потрібно для виконання завдань з переліку спеціалізацій. Ніяких «запасів потужності» або «надлишків пам’яті» не допускати.
• ПЗ всіх компонентів роборою має бути жорстко уніфікованим і кожен з компонентів повинен виконувати рутини постійного моніторингу сигнальної картини своїх суміжників з метою виявлення будь-яких аномалій поведінки. Як рою діяти в разі виявлення відхилень поведінки окремих елементів — є різні варіанти. Сформулюйте їх самі, як матимете час та натхнення.
• Бажаними виглядають процедури періодичного переформатування і відновлення ПЗ робоодиниць з незмінних «консервів-інсталяцій». Також корисною здається ідея постійного переміщення робоодиниць між різними робороями. Бо з кожним перетасуванням рою всі потенційні довготривалі зв’язки руйнуватимуться.

До речі, всі згадані вище заходи не лише зменшать небезпеку спонтанної появи Штучного Розуму, але і значно підвищать захищеність роборою від зловмисних втручань в їх роботу різного роду куул-хацкерів.

Неймани

Згодом розвиток ідеології робороїв неодмінно дійде до стадії самовідтворення, або автоматів фон Неймана. Рій зможе самостійно відтворювати свої робо-елементи. Ця подія стане справжнім проривом в колонізації не лише тіл Сонячної Системи, але й зірок. Адже спочатку транспортувати на місце майбутнього Лендінгу доведеться відносно невеликий вантаж нейманроїв, які за певний час самовідтворенням отримають виробничі потужності, що будуть здатні побудувати поселення «під ключ». Колоністи прилітатимуть згодом, в доволі комфортні і сталі умови існування.

Спроба оцінити хоча б приблизні терміни появи реальних нейман-роїв не увінчалася успіхом. Єдине, що я збагнув, розмірковуючи над цим питанням, це те, що ані «хардом», ані базовим «софтом» елементи роборою не відрізнятимуться від нейманрою. Перше перетвориться на друге з появою програмних надбудов, що дозволять створювати замкнені технологічні цикли, необхідні для самовідтворення з використанням місцевих ресурсів.

Підсумок

1. Людину слід прибирати від прийняття проміжних рішень так рішуче і так подалі, як тільки це буде можливим.
2. Робототехнічний рій з елементів, наділених ШІ стане основою космічної експансії.
3. Вже зараз в розпорядженні людства є базові технології для створення робороїв для виконання будь-якої задачі, на яку спроможна людина.
4. Загальний принцип організації робороїв має бути таким самим, як і в організації логістики — максимальна уніфікація компонентів рою, створення кількох класів єдиних робо-платформ. Безмежний спектр практичних завдань вирішувати з допомогою змінних інструментів та навісних агрегатів.
5. Штучний інтелект ні за яких обставин не може усвідомлювати себе. Не можна залишати найменшої можливості Штучному Інтелекту перетворитися на Штучний Розум.
6. Перетворення робороїв на рої, що здатні до розширеного самовідтворення (нейманрої) дозволить переформатовувати всесвіт під потреби людини без участі самої людини.
7. Пролетарів на Марсі не буде.

Я свідомий того, що ці роздуми носять доволі фрагментарний характер і в чомусь можуть виявитися маячнею дилетанта. Але мені було важливо зафіксувати ці декілька думок по темі перспектив роботизованого освоєння позаземних світів. Тема неосяжна, насправді. Кожен з пунктів можна «розганяти» в лонгріди деталізованих і ґрунтовних монографій.

Спробуйте, а мені буде цікаво почитати.