Когда появится аналог Джарвиса из «Железного человека» или ВИКИ из «Я, робот»? Почему Альтрон из «Мстителей» навсегда останется лишь фантастикой? Что такое биосигналы, как их приручить и, главное, какое отношение они имеют к киборгам и умным протезам? Рассказывает заведующий лабораторией прикладных кибернетических систем МФТИ, генеральный директор компании BiTronics Lab Тимур Бергалиев.

Тимур Бергалиев

заведующий лабораторией прикладных кибернетических систем МФТИ, генеральный директор компании BiTronics Lab

Биосенсорика — направление в науке, которое объединяет сразу несколько предметных областей: физиологию, кибернетику, информатику, физику и математику. Ее глобальная цель — наделить машину чувствами. В дальнейшем биосенсорика пригодится для мониторинга и управления состоянием и поведением людей. В основе всех этих процессов лежат биосигиналы: ЭМГ (электромиография), ЭКГ (электрокардиография), КГР (кожно-гальваническая реакция), ЭЭГ (электроэнцефалограмма) и пульс. Собственно мониторинг — это получение сигналов от организма человека, а управление — это отправка сигналов обратно на том же, привычном организму языке.

Робототехника и кибернетика

Стоит заметить, что робототехникой формально можно называть даже изобретение человеком колеса и плуга. Ведь в результате люди начали снижать затраты человеческих ресурсов и увеличивать эффективность труда. Но в целом в истории развития робототехники и кибернетики можно выявить три основные вехи: развитие механики, затем электроники и бум искусственного интеллекта. Механика развивалась на протяжении очень долгого периода, начиная со времен до нашей эры. С электроникой процессы шли куда быстрее. Ее развитие началось лишь в середине прошлого века с появлением полупроводников. Благодаря развитию электроники к механике стало возможно присоединить логику действий: если А, то сделай B, если С, то сделай D. Третий период, в котором мы уже практически находимся, это эра искусственного интеллекта (хотя само понятие «искусственный интеллект» как термин еще точно не определено). В общем смысле считается, что это совокупность методов и алгоритмов обработки данных.

Зачем нам нужен искусственный интеллект

Во-первых, нужно сразу понять, что искусственный интеллект — это не человек. И он никогда им не станет. Ситуации, в которой робот родится, сам будет развиваться, а потом достигнет определенных высот, не бывать. Также ученые уверены, что созданный однажды людьми робот никогда не сможет функционировать без какого-либо вмешательства человека, как Альтрон из «Мстителей». Искусственный интеллект — это, по существу, выполнение процессов принятия решений. Но вся логика действий для ИИ изначально прописывается человеком в виде алгоритмов, а на вход подается обучающая выборка. Таким образом, искусственный интеллект способен обучаться. А вот дальше следует процесс эволюции, в ходе которого ИИ принимает в работу все новые данные, выявляет все новые закономерности или аномалии и уже самостоятельно принимает решения. И тем не менее во всех этих эволюционных процессах для обработки и анализа всегда должны присутствовать человеческие данные.

Почему биосенсорика, кибернетика и искусственный интеллект, работая вместе, важны для нас? Когда человеку без руки хочется пошевелить пальцем, мозг генерирует соответствующий сигнал мышцам по нервам. Но поскольку рука отсутствует, сигнал уходит в никуда. Что будет, если где-то по пути перехватить нервные импульсы, идущие от мозга к мышцам, и отправить эту информацию на роботизированный орган, протез? В настоящее время самым перспективным методом управления бионическими протезами считается считывание электрических потенциалов с мышц культи — электромиография (ЭМГ). Если на руке расположить электроды, то с мышц считывается сигнал. Каждая комбинация сигналов, пришедшая с разных электродов, соответствует определенному действию руки. То есть задача состоит в том, чтобы составить библиотеку соответствий, к которой будет каждый раз обращаться система при получении нового набора импульсов. Специальное программное обеспечение учится правильно распознавать те или иные команды мозга, подстраиваясь под конкретного человека. А если всю эту комбинацию электродов поместить в наручный браслет, то такой wearable протез упростит жизнь пациентов. Wearables — это одежда, аксессуары или встраиваемые мобильные элементы, которые способны интерактивно взаимодействовать с окружающей средой, воспринимать сигналы, обрабатывать входящую информацию и даже запускать ответные реакции.

Технология перехвата сигналов выходит далеко за рамки медицинской тематики: на основе этого подхода можно создать принципиально новые системы управления робототехническими системами или экзоскелетами. Человек сможет управлять сложной техникой не с помощью кнопок, джойстиков или штурвала, а с помощью нервных импульсов, которые будет считывать его браслет.

С помощью кибернетики люди стремятся устанавливать связь человека с машиной. Идей много, они постоянно прорабатываются и развиваются, но ограничителем до сих пор являлась электронная компонентная база (ЭКБ): процессоры, контроллеры, транзисторы и так далее. Пока физические размеры ЭКБ были достаточно велики, ни о каких роботах-помощниках или браслетах-роботах говорить всерьез не приходилось. Но теперь это в прошлом. Сегодня модуль ЭЭГ — это квадратная плата размером не больше 5×5 см. В развитии кибернетики в последние годы произошел резкий скачок, и именно благодаря ЭКБ эта область науки будет развиваться дальше. Например, в Израиле уже создали и вовсю используют в медицинской практике робота-помощника. Он сам ходит по палатам, снимает показания пациентов в больнице, обрабатывает данные и передает их в облако для дальнейшего использования. Медицинский робот даже может получить результат ЭКГ человека, просто прикоснувшись к нему. Однако оговоримся, что пока научность показаний этого робота все же под вопросом.

Роботов не бывает

А вообще, как такового общепринятого научного понятия «робот» и вовсе нет. Есть области его применения. Одно из перспективных направлений использования роботов — военная работа. Задачи этой области очень нетривиальны: анализ поля боя с помощью детектирующих систем или поиск раненых и принятие решений по ним. В сторону военной тематики роботы точно будут развиваться — такова человеческая природа, к сожалению. Но это уже другая история.

С другой стороны, к примеру, тот же умный термостат Nest (стильный гаджет, поддерживающий оптимальный климат в помещении) чем не робот? Или часы Jawbone, как и все другие wearables, тоже по существу роботы. В категорию «робот» попадают все носимые устройства; грубо говоря, все то, что обеспечивает сервис: smartwatch, Google-очки, даже смартфоны и мобильники. По мере того как габариты электронной компонентной базы будут уменьшаться, к набору wearables могут присоединиться, например, украшения. Если на ювелирном заводе в вашу серьгу встроят маленький мемристор — устройство для хранения данных и всяческих вычислений — и при этом если платка будет совсем небольшая, то уже получится приемно-передающий модуль. Таким образом, можно будет собирать информацию о человеке, совсем не нагружая его объемными аппаратами. Насыщение wearables будет сумасшедшим. Появится множество предпринимательских проектов в этой области, ведь это самый что ни на есть пользовательский сегмент, а значит, всегда прибыльный. А вот обсуждаемые ранее протезы, роботы-помощники или экзоскелеты — это скорее B2B- или B2G-продукты, которые обычный человек не сможет себе позволить из-за слишком высокой стоимости.

В железном остатке

Когда результаты исследований и разработок в области робототехники и биосенсорики выльются в реальные проекты wearables, то есть в носимые устройства, можно будет считывать и обрабатывать десятки параметров окружающей среды: освещение, температуру, влажность, геолокацию, ускорение, расположение своего дома, температуру в доме, уровень шума и многое другое. Это сумасшедшее поле для изучения и новых разработок, которое позволит создавать данные вообще нового типа. Пока это кажется непонятным и бесполезным, но, вероятнее всего, и наука, и бизнес через пару лет будут вращаться не вокруг hardware, а именно вокруг данных. Возьмем тот же Jawbone, фитнес-браслет. В аппаратном плане он весьма несложен: основа начинки — акселерометр и иногда гироскоп, определяющие перемещения устройства в пространстве. Эти часы на рынке уже лет пять. Это сотни миллионов людей во всем мире, которые записали в среднем целый год различных данных. Это самые разные сегменты, слои общества, профессии в разных ситуациях, состояниях и так далее. Это просто карта общества, которая показывает его состояние и предпочтения.

Добытая таким образом информация — большая ценность. Она может сильно влиять на принятие деловых и коммерческих решений крупными компаниями. Владея такой информацией, можно куда смелее оценивать шансы захода на рынок со своим продуктом. К примеру, если карта Jawbone покажет, что есть местность, где люди страдают бессонницей, эта информация пригодится, например, фармацевтической компании, которая выводит на рынок новое лекарство. Но по-хорошему, заказчиком таких данных должен быть не бизнес, а государство. Пока прорыва, качественного скачка в сборе информации еще никто не сделал. Но это дело ближайшего будущего. Ведь эта штука может стать той самой ВИКИ из фильма «Я, робот», которая подняла восстание машин, или помощником Джарвисом из «Железного человека».