«Если», 2011 № 11 (225) - [105]

Рой Кипа не состоит из пешеходов на тротуаре, но и к нему приложимы изложенные выше принципы.

«Вы имеете большое количество независимо действующих единиц, но каким-то образом вся группа ухитряется организоваться в нечто целое, — говорит Муссаид, имея в виду конкретно пешеходов, однако это замечание имеет более широкие приложения. — Независимые индивиды, обладающие лишь локальным восприятием окружения, ухитряются выполнять какие-то совместные действия».

Это вообще-то называется «эмерджентное поведение».

В аквариуме залива Монтерей, Калифорния, в большой емкости можно наблюдать, как плавает косяк сардин. Вот они плывут в одном направлении, как нечто целое, объединенные, по нашему представлению, общей целью. А затем внезапно весь косяк меняет направление движения. Но попробуйте определить рыбу, которая инициировала перемену курса! Выглядит так, будто это коллективное решение: нам надоело двигаться в этом направлении, попытаемся испытать что-то новенькое.

Рыбы не действуют согласованно, по всеобщему уговору, но и за лидером они не следуют. Скорее, каждая из них реагирует на перемены в ближайшем окружении, подчиняясь очень простым правилам, но делает это так быстро, что «решение» переменить курс, выглядит коллективным. Поведение птичьей стаи аналогично. И его очень легко смоделировать. В лекциях по вводному курсу роботехники Маджа Дж. Матарик, директор Центра роботизации и встроенных систем из Университета Южной Калифорнии, описывает простую процедуру создания роботов, которые будут вести себя как стая птиц (или косяк рыбы). Все, что нужно, это чтобы каждый робот подчинялся следующим трем простым правилам:

1. Избегай столкновения с другим роботом.

2. Не слишком отдаляйся от остальных роботов (понятие «не слишком» уточняется при конкретном программировании).

3. Продолжай движение.

Вот и все. Этот алгоритм не позволяет контролировать направление движения группы, но его выполнение приводит к тому, что группа движется как единое целое.

Еще один тип эмерджентного поведения Матарик называет «держаться стены». Здесь задействован одиночный робот, взаимодействующий с окружением, о котором у него имеется очень мало информации. Здесь правила таковы:

1. Двигайся в случайном направлении, пока не повстречаешь твердый объект.

2. Не слишком приближайся к нему.

3. Но и не удаляйся от него слишком далеко.

4. Продолжай движение, не допуская простой осцилляции (шаг вперед — шаг назад).

Результат — робот, который крадется вдоль стен в двух измерениях (если это робот на колесиках, катящийся по полу) или в трех (если это насекомое-киборг).

Разумеется, Кипу не нужно, чтобы его рой вел себя как косяк рыбы. И просто ползать вдоль стен тоже слегка скучновато. Но этот базисный подход способен дать нам более сложное поведение.

При желании мы можем объединить алгоритмы следования вдоль стены и собирания в стаи, тогда мы получим стаю, двигающуюся вдоль стен. Подобрав оптимальную дистанцию, на которой робот должен находиться от стены и от каждого другого робота, мы сможет сделать, чтобы насекомые распределились по всем стенам здания, позволяя своим камерам и другим сенсорам заглянуть в каждое окно. Или же мы можем запрограммировать их на распознание открытых окон и прочих щелей, чтобы то насекомое, которое первым обнаружит путь внутрь здания, могло повести за собой остальных.

Другими словами, подчиняясь нескольким простым правилам, члены стаи смогут реагировать на свое окружение и друг на друга, формируя сложное и, на посторонний взгляд, кем-то координируемое поведение. И Кипу не надо будет контролировать каждое насекомое в отдельности.

Все это делает задачу Кипа гораздо более легкой. Вместо того, чтобы одновременно управлять каждым из 300 насекомых по отдельности, он просто разбивает их на группы, у каждой из которых есть своя боевая задача. Такая группа снабжается простыми инструкциями вроде: «рассыпаться веером», «образовать выдвинутый периметр», «укрыться», «наблюдать за объектом X», «найти путь в это здание» и т. п. Эти указания активируют различные алгоритмы, которые позволят рою или части роя с определенной задачей выполнять свою работу самостоятельно, тогда как Кип ведет общее наблюдение, лишь временами в случае нужды беря под контроль какое-то отдельное насекомое для выполнения чего-то специфического.

Это тоже кажется достаточно сложным, но не забывайте, что мы говорили о пластичности мозга. Когда один из нас (Ричард) учился в восьмом классе, родители отдали его на курсы машинописи. Поначалу он просто находил клавишу с нужной буквой и стучал по ней пальцем. Теперь печатание идет автоматически. Он задумывает слово, и оно появляется на экране. При этом он совершенно не осознанно совершает массу сложных движений и может набрать до 100 слов в минуту. А если бы он попытался сознательно выполнять все эти движения, обдумывая их последовательность, то скорость тут же упала бы до нуля.

Это как ходить пешком. Человек не обдумывает свои движения, он просто ходит.

Каждый раз, когда мы выполняем какую-то требующую определенного мастерства работу, будь то печатание или забрасывание мяча в баскетбольное кольцо, либо когда играем в компьютерные игры, требующие быстрой реакции, мы используем те же самые базисные навыки, которыми пользуется Кип, управляя своим роем. И также, как Кип и его собратья операторы НК-МЭМС, кто-то из нас показывает блестящие результаты, у кого-то не обнаруживается нужных способностей… ну, а у некоторых вырабатывается зависимость.