Портал функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Человекоподобие для роботов не обязательно

Академик Феликс Черноусько. Беседу ведёт Наталия Лескова

Механика — раздел физики, который у многих ассоциируется в первую очередь с задачками из школьного учебника про камень, брошенный под углом к горизонту, или про грузы, подвешенные к блоку. Но наука механика — неизмеримо шире. Она охватывает движение небесных тел и летательных аппаратов, течение жидкости и газа, деформацию твёрдых тел, трение, а также движение сложных механизмов, в частности роботов. Исследованием и решением сложнейших задач, вставших перед механикой в связи с развитием техники во всём её современном многообразии, занимается Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН.

Академик Феликс Леонидович Черноусько.
Институт проблем механики РАН. Москва, проспект Вернадского. Фото Андрея Лисинского.
Различные модификации роботов-червей для работы в трубопроводах.
Артём Суханов, младший научный сотрудник лаборатории робототехники и мехатроники, демонстрирует робота на присосках, который может работать даже под водой.
Экзоскелет увеличивает мышечную силу человека и, в зависимости от мощности двигателя, может обеспечить подъём до полутонны груза.
Гордость института — шагающий робот, способный передвигаться по любым поверхностям.
Кадр из фильма «Моя любовь», в котором снимался будущий академик Феликс Черноусько.

Много лет в этом институте работает Феликс Леонидович Черноусько — учёный-механик, специалист в области управления и робототехники. Он — основатель лаборатории механики управляемых систем, был её заведующим, затем — директором института, а сейчас занимает должность главного научного сотрудника. На вопрос, почему не стал научным руководителем, как многие его коллеги по Академии, отвечает: «Считаю, что научное руководство — это зачастую навязывание своих идей и планов, а я хочу дать дорогу молодым». Так же в своё время поступал академик Александр Юльевич Ишлинский, учитель Феликса Леонидовича, пригласивший его в этот институт. Интересно, что имя Ф. Л. Черноусько можно встретить не только в академических справочниках, но и на сайте «Актёры России». Там с фотографии смотрит маленький белокурый мальчик, в котором почти невозможно узнать нынешнего академика. Однако никакой ошибки нет: в двухлетнем возрасте будущий учёный снимался в кино, можно сказать, в главной роли: ведь именно вокруг малыша Феликса разворачивался весь мелодраматический сюжет фильма «Моя любовь». Повзрослев, юноша выбрал не кино, а физику и конкретно — механику.

Беседу с академиком Феликсом ЧЕРНОУСЬКО ведёт Наталия Лескова.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

— Феликс Леонидович, Институту проблем механики недавно исполнилось полвека. Заметная дата, хотя есть ин-ституты и с более солидным стажем.

— На самом деле история института восходит ещё к 1939 году, когда при Академии наук был организован Институт механики, сыгравший заметную роль в развитии механики в СССР. Однако в 1960-е годы с развитием ракетной и авиационной промышленности возникли новые проблемы, имеющие непосредственное отношение к механике и находящиеся на стыке с физикой, биологией и химией. В связи с этим был организован Институт проблем механики АН СССР, первым директором которого стал выдающийся учёный-механик и мой учитель академик Александр Юльевич Ишлинский. Первое, что я сделал, став директором института, — предложил присвоить ему имя Ишлинского.

На Институт проблем механики в первые годы его существования было возложено выполнение научно-исследовательских работ фундаментального характера в новых областях механики — газодинамике (механика горения, взрыва, ударных волн, плазмы, вопросы механического действия лазерных лучей), механике полимеров, химической механике и т. д. Конечно, за эти полвека тематика научных исследований института существенно менялась. Но всегда он оставался и остаётся на переднем крае науки.

Если же говорить о механике вообще, то она наряду с астрономией — древнейшая наука, известная ещё со времён Архимеда. При этом механика, как, впрочем, и астрономия, всегда сохраняет свою актуальность. Вся техника, движущиеся объекты, начиная с транспортных средств и заканчивая объектами военного назначения, — всё то, что управляется теперь с помощью компьютеров, обязательно имеет движущиеся части. Поскольку механика — это наука о движении, она присутствует практически в любой технической разработке.

Наша наука традиционно делится на три больших раздела — это механика общая, или механика систем тел, механика жидких сред и механика твёрдых тел. В Институте проблем механики все эти разделы представлены. У нас 16 лабораторий: по четыре-пять лабораторий, специализирующихся на каждом из этих направлений.

— Наверное, среди них есть какие-то особо важные?

— Трудно выделить что-то наиболее важное, поскольку все они выполняют актуальные научные задачи. Есть, например, лаборатория механики систем, связанная с приборостроением, гироскопией. Работают лаборатории по жидкостям — гидромеханика, гидродинамика сложных жидкостей, имеющих разные аномальные свойства, например, крови.

— Она аномальная?

— Да, с точки зрения гидродинамики — аномальная. Кровь не подчиняется уравнениям гидродинамики. Хотя, надо сказать, уравнения гидродинамики всегда сложные. Взять даже течение воды в трубе — казалось бы, что может быть проще? Но на самом деле это процесс, связанный с турбулентным перемешиванием и другими непростыми явлениями.

— А с кровью ещё сложнее, чем с водой?

— Кровь обладает целым рядом необычных вязких свойств. В современных технологиях используют жидкости, которые представляют собой смеси, несут в себе многие частицы, могут затвердевать. Это тоже сложные жидкости. Поэтому лаборатория, где их изучают, так и называется — лаборатория сложных жидкостей.

Большую роль сейчас играет газовая динамика. Например, при сверхзвуковых полётах мы также имеем дело с процессами непростыми: газ при столь высоких скоростях фактически является плазмой. Там имеется целый ряд компонентов, молекулы газа диссоциируют, в потоке много фракций, и всё это требует серьёзного осмысления и расчёта. В нашем институте этими процессами занимаются очень серьёзные исследователи.

Немаловажны вопросы прочности. Это проблемы устойчивости конструкций, изучение процессов разрушения. Взять такую аномальную среду, как лёд: наша страна северная, поэтому важно понимать его поведение. В Арктике сейчас идёт активное строительство, значит, нужен анализ поведения льда при движении ледоколов, при возведении свайных конструкций для добычи нефти в условиях Севера. Вопросы механики льда мы тоже изучаем.

Исследуем и вопросы добычи полезных ископаемых, в том числе углеводородов — нефти и газа. Есть твёрдое тело — «скелет», в котором находятся углеводороды, жидкость или газ, и важно понять, как нужно воздействовать на пласт, чтобы увеличить нефтеотдачу.

— Слышала от нефтяников, что, если качать нефть резко или слишком быстро, источника можно вскоре лишиться.

— Это верно, остаются большие неизвлекаемые запасы. В вопросах извлечения нефти механика играет очень важную роль. Нужно понять, какими свойствами обладает твёрдая порода, как она должна растрескиваться, как расположены ходы для движения нефти. Эти поры должны открываться, чтобы нефть или газ могли подниматься на поверхность и чтобы потом их можно было извлечь. Вы когда-нибудь держали в руках керны, содержащие нефть или газ? Это не песок, не полужидкая масса, а фактически камень. Но в этом камне находятся нефть или газ. Мы должны понять, как эта твёрдая среда устроена, как она себя будет вести при движении, при бурении.

— Расскажите подробнее о лаборатории механики управляемых систем, которую вы основали. Это ведь целое научное направление?

— Мои научные интересы делятся между механикой и процессами управления. Конечно, я много занимался и непосредственно механикой. Например, механикой ракет, которые содержат жидкое топливо. Знаете ли вы, например, что при старте ракета на 90 процентов состоит из жидкости? В этот момент взаимодействуют корпус ракеты и та жидкость, которая в нём находится. Для того чтобы обеспечить движение летающих объектов и их правильную ориентацию в пространстве, необходимо изучать динамику таких систем.

Однако вопросы управления меня всегда также интересовали. Я был избран в академики именно по этому направлению. Поэтому здесь, в институте, мы создали лабораторию механики управляемых систем. Это было предложение академика А. Ю. Ишлинского. Пригласив меня работать в институт, он сказал: «У вас будет карт-бланш. Вы сможете брать тех людей, которых захотите, лучших ваших учеников, и постепенно будете их подключать к работе». Александр Юльевич сдержал своё слово. Никогда не вмешивался в мою тематику, позволял самостоятельно заниматься вопросами управления, динамикой и оптимизацией механических систем. Позже от моей лаборатории отделились ещё две, в том числе лаборатория робототехники и мехатроники. В результате четыре наши лаборатории возглавляются моими учениками.

Механика со времён Ньютона обычно ставит вопрос так: даны какие-то силы, действующие на систему. Как будет происходить движение? Как понять процесс движения, если нам известны действующие силы? С точки зрения управления мы одновременно интересуемся, как эти процессы нам спланировать и какие воздействия на систему нужно оказать. То есть речь идёт о выборе, об управлении движением системы, чтобы система тел двигалась нужным образом. Скажем, наиболее экономно с точки зрения расхода топлива. Или как можно скорее могла прийти к заданной цели. Безусловно, сначала вопросы управления интересовали учёных в связи с развитием ракетной техники. Математические основы, заложенные в теорию управления в середине прошлого века, — это, прежде всего, труды нашего отечественного математика Льва Семёновича Понтрягина и его школы. Значительный вклад внесли и американские учёные.

Когда зародилась и широко развилась робототехника, появилось новое поле для разработки различных процессов управления. Как движутся животные? А насекомые? В какой мере мы можем имитировать их движения? Ведь природа не смогла изобрести колеса. А почему? Потому, что в колесе обязательно должны быть два не связанных между собой тела — колесо и ось. Только тогда происходит качение тележки.

— А в природе всё взаимосвязано...

— В природе живой организм может развиваться, только оставаясь связанным. Он не может распасться на две части и при этом оставаться живым. Поэтому колесо не было предусмотрено природой.

— Но был предусмотрен человек, который его создал.

— Звучит парадоксально, но можно сказать и так. Не всё, что происходит в живом царстве, богатом на разного рода изобретения, мы можем использовать: у нас другие двигатели, материалы, вообще, отличия очень большие, хотя мы стараемся что-то подсмотреть у природы, скопировать её опыт. Какое-то время я занимался изучением движения змей. Меня интересовало: каким образом змея, не имея конечностей, может так эффективно двигаться по любым поверхностям? Хотелось понять механизм этого движения.

Удалось выяснить, как можно использовать механизмы сухого трения для создания тех или иных устройств. И действительно, сегодня созданы механизмы, которые движутся, подобно змее. Они не очень эффективны с точки зрения энергетики, зато способны передвигаться по сложным поверхностям — там, где колёсные или шагающие механизмы использовать неудобно. Такие механизмы имеют большой научный интерес и возможности практического использования.

— Как человек, глядя на птиц, создал самолёт, а глядя на стрекозу — вертолёт, так и вы, наблюдая за змеями, создали новый способ передвижения в пространстве?

— Хочу сразу уточнить: всё же стрекоза — это не вертолёт. В механике вертолёта используется вращающийся винт, подобия которого в природе не существует. Нет животного, имитирующего вертолёт. Там та же история, что и с колесом: лопасть насажена на винт, и это фактически колесо, создающее при вращении пропеллер. У природы ничего подобного нет. Она не могла позволить себе распасться на части. Вертолёт — дело рук человека.

Ещё один интересный способ перемещения, если говорить о мобильных роботах, — перемещение за счёт использования массы. Скажем, если вы сидите в кресле, не касаясь пола, то, двигая корпусом, можно толчками переместить кресло. Это происходит благодаря внутренним движениям и взаимодействию с полом. Конечно, в вакууме мы такой фокус проделать не сможем. Но за счёт взаимодействия внешних сил, например трения пола, может осуществляться перемещение в пространстве. У нас в институте созданы и действуют роботы, способные двигаться по трубам. Они передвигаются в трубопроводе благодаря собственным вибрациям. Так они и называются — вибророботы.

— С какой целью они движутся по трубам?

— Проводят инспекцию, обнаруживают повреждения, производят ремонт. Это целое семейство роботов — от довольно крупных, которые могут изгибаться, как черви, до крошечных, в форме цилиндров. Простейшие из них движутся только в одном направлении, более совершенные модификации способны двигаться в оба конца, а последняя на сегодня разработка умеет фиксироваться в нужном месте и производить ту или иную работу.

Недавно в Волгограде мы провели конференцию, посвящённую шагающим роботам. Такие роботы способны, например, перемещаться в тех случаях, когда невозможно использование колёс или гусениц, — в условиях тундры или при риске повредить хрупкую поверхность, на неровной либо топкой почве. Шагающие роботы, обладая большими стопами, могут, не повреждая поверхность, выполнять разнообразные операции в лесу или на болоте.

— А роботы-андроиды? Их вы делаете?

— Человекоподобные роботы сегодня часто возникают на телевизионных экранах, их можно видеть на выставках. Они выглядят эффектно — разговаривают, пожимают руку, фотографируют. Всё это в основном служит рекламным целям. Но широкого практического применения они пока не нашли. Да и не везде они нужны. Когда в кино показывают движущийся экипаж, в котором восседает человекоподобный робот, стреляющий из пулемёта, — это вызывает улыбку. Чтобы стрелять из пулемёта, совершенно не нужен человекоподобный корпус. Это должен быть эффективно движущийся объект с необходимым вооружением.

— Человекоподобие вообще не нужно?

— Оно может быть востребовано там, где присутствие человека привычно. Скажем, помощник по дому. Или, допустим, робот, который может заменить в этом интервью вас. Для этого он должен прибыть по заданному адресу, подняться на нужный этаж, найти нужную комнату…

— Наверняка с этой задачей он бы справился лучше, потому что я у вас заплутала.

— Ну, вот видите! А если серьёзно, такой робот может быть востребован в среде, где требуется общение с людьми. Например, в больнице для ухода за больными, в детском саду, как секретарь в офисе, в других учреждениях, где человекоподобный робот сможет ходить по коридорам, открывать рукой двери — для чего рука ему была бы полезна, выполнять какие-то манипуляции там, где присутствие человека не обязательно, но подразумевается.

Чрезвычайно перспективно освоение космоса с помощью роботов. Даже покорение Марса, о котором сейчас так много говорят, пока представляется нереальным для человека. Очень тяжелы сами условия полёта, поскольку там большая доза радиации, там непросто выжить, да и вернуться оттуда проблематично. Это лишь в кино можно ездить по поверхности Красной планеты на тележке и при этом прекрасно себя чувствовать.

Роботы для промышленных целей также очень перспективны. Скажем, цех, где людям находиться тяжело и опасно для здоровья. Грохот, высокие температуры, перемещение больших масс — например, на автомобильном заводе. Это не место для человека. Всё там должно делаться роботами.

— А также ликвидация последствий аварий, поиск людей, пропавших без вести… Наверное, роботы могут с этими задачами справляться куда эффективнее людей.

— Безусловно, хотя есть и свои проблемы. Это дорого. Часто участие человека всё-таки дешевле.

— Это точно. Особенно у нас.

— Хотя, вы знаете, даже в такой густонаселённой стране, как Китай, роботизация промышленности идёт полным ходом.

— А у нас?

— На заре робототехники наши учёные достигли многих важных результатов, но потом эта область оказалась запущенной. Сейчас в промышленной робототехнике в основном используются роботы, созданные в других странах — в первую очередь в Германии и Японии. Однако мы стараемся не стоять на месте. Скажем, у нас неплохие достижения в области летающих роботов — дронов.

— В сельском хозяйстве их используют даже для обслуживания теплиц — они сеют, опыляют, поливают растения.

— В сельском хозяйстве робототехника действительно сейчас находит применение. Например, очень важно внести удобрения в почву, распределив их равномерно, а не бросать мешок удобрений на гектар и уезжать. Нужно распылить эти удобрения так, чтобы каждое растение получило нужную подпитку — не больше и не меньше. Поэтому сейчас активно ведётся разработка роботов для сельского хозяйства, которые должны справляться с этой задачей.

— Вы возглавляете Научный совет РАН по робототехнике и мехатронике. Чем вы там занимаетесь?

— Этот совет — общественная организация, включающая сотрудников Академии, представителей промышленности, отраслевых организаций. Мы периодически собираемся, обсуждаем различные темы. Последний совет, например, был посвящён шагающим роботам, а перед этим — беспилотным автомобилям, применению робототехники для медицинских нужд в целях создания экзоскелетов. Мы такие экзоскелеты, легко поднимающие большие грузы, также создаём.

— А ведь есть ещё робот Да Винчи для проведения высокоточных хирургических вмешательств, микророботы, доставляющие лекарства по кровяному руслу…

— Да, такие разработки также имеются. А вот что касается желудочно-кишечного тракта, где диаметр всё же больше, чем у кровеносных сосудов, уже разработаны капсулы, которые можно заглатывать с тем, чтобы они производили мониторинг различных внутренних органов без инвазивного вмешательства — гастро- и колоноскопии. Эти исследования проводятся совместно с физиологами. Были у нас и выездные заседания, где мы обсуждали, например, роботов, применяющихся для обслуживания атомных электростанций. Из-за радиации присутствие человека там ограничено. У нас создаются такие роботы, которые могут обслуживать АЭС, в том числе и под водой, находить поломки, производить ремонт. В ходе заседаний совета завязываются новые научные связи разработчиков с представителями промышленности, которые будут потом наши разработки применять.

— Феликс Леонидович, робототехника сейчас развивается семимильными шагами, и понятно, что для усложнения тех задач, которые перед роботами ставятся, требуется наделять их социальными навыками и подобием сознания. Означает ли это, что мы создаём конкурента себе?

— Когда мы говорим о роботах, есть два аспекта: искусственный интеллект — логика управления поведением — и более приземлённая сторона, связанная с механикой. Обе эти стороны интересны. Но если всю робототехнику свести к проблемам программирования, то материальный объект уже не нужен. В компьютере есть агенты, взаимодействующие друг с другом, — а в материальном мире в результате ничего не происходит. Мне ближе материальная часть. Мне интересна реализация робототехнических систем в натуре, когда мы можем увидеть движущийся объект. Таких объектов у нас создано немало. Это, например, роботы, которые могут передвигаться по вертикальным поверхностям благодаря присоскам.

— Как муха?

— Да, но при этом они большие. Они могут поднимать крупные строительные конструкции и переносить их на большие расстояния, разрезать, как масло, толстые металлические конструкции и сваривать их. Они также могут бороться с пожарами. Такой робот может легко поднять в том числе и человека. Есть робот на шарнирах, который способен присасываться то к полу, то к стене, то к потолку и таким образом перемещаться по различным поверхностям. У нас такой «живёт» в лаборатории. Он движется не быстро, но точно. Это невероятно интересно и перспективно.

— Значит, вы не задумываетесь о том, что когда-нибудь они поумнеют и решат избавиться от человечества как лишнего звена эволюции? Такой сценарий был отлично описан у Лема — например, в «Формуле Лимфатера».

— Думаю, такие рассуждения лучше оставить фантастам. У них это отлично получается.

— Феликс Леонидович, давайте вспомним вашего учителя академика Никиту Николаевича Моисеева. Он бы, наверное, не отказался поразмышлять о будущем человека и роботов — ведь все его последние книги носили философский, мировоззренческий характер. Как вы относитесь к этим идеям?

— Я очень любил и уважал Никиту Николаевича. Знал его со времён учёбы на Физтехе. Кстати, за свою дипломную работу в этом вузе я получил первую премию на конкурсе студенческих работ. Но так вышло, что, когда я её писал, у меня не было научного руководителя, он внезапно ушёл. Мне предлагали других руководителей для продолжения научной работы, но мне не понравились темы. Я отказал двум или трём из них.

— Вы отказали академикам?

— Фамилий называть не буду, но один из них, действительно, был академиком. И вот как-то я стоял с другом в коридоре, а мимо проходил Никита Николаевич. Я его знал, слушал его лекции. Проходя мимо, он говорит: «Я слышал, у вас нет научного руководителя. Хотите, я буду?» Я спросил: «А тема какая?» — «Тема секретная», — ответил он. И я сразу согласился.

— Это он пошутил?

— Может быть, он тогда сам не знал, какая тема. Потом тема оказалась связанной с космосом. В итоге моя диссертация была посвящена движению спутника относительно центра масс, ориентации спутников в пространстве. Я проработал у Никиты Николаевича в институте несколько лет, написал докторскую диссертацию…

— Вы ведь защитили докторскую в 31 год, что по тем временам было немыслимо рано.

— Даже в 29, но утвердили, когда мне был уже 31. Но потом я ушёл к Ишлинскому, и Никита Николаевич на меня немного обиделся. Но я ему сказал: «Никита Николаевич, это ведь неплохо, что ваша школа даст росток ещё в одном месте!» В конце концов, у нас восстановились хорошие отношения, мы много общались.

— Вы ведь вместе с ним даже получили Госпремию?

— Да, за изучение проблем движения тел с жидким наполнением. В своё время именно это было темой моей докторской диссертации. Поэтому наши научные интересы не раз пересекались. Что же касается философских идей Никиты Николаевича, то я отношусь к ним с глубоким уважением, читал его книги и считаю его прогрессивным человеком с очень правильными гуманитарными взглядами, хотя меня эти идеи так не увлекали, как его. Никита Николаевич очень тяжело переживал развал Советского Союза. Он вообще был глубоко патриотичным человеком, прошедшим войну. Очень любил свою страну, болел за неё, хотел ею гордиться, и тут я его хорошо понимал и поддерживал.

— Феликс Леонидович, знаю, что в детстве вы снялись в кино. Как это вышло?

— Совершенно случайно. Мои родители жили в Ленинграде, где я и родился в 1938 году. Отец окончил Высшее военно-морское училище им. Ф. Э. Дзержинского. Он был инженером по паросиловой установке, плавал на эскадренном миноносце. А мама училась в Ленинградском электротехническом институте. Летом меня отправили к бабушке в Одессу. А там искали детей для съёмки в кино. Мы гуляли с бабушкой в парке, где меня кто-то из сотрудников киностудии и увидел. Я им подошёл. Мне не было тогда даже двух лет. Так я стал артистом. Фильм назывался «Моя любовь». Из известных актёров там играли Лидия Смирнова и Иван Переверзев. А музыку написал Исаак Дунаевский. По сценарию у меня умерла мама, и героиня Лидии Николаевны взяла меня к себе на воспитание. Вокруг этого и разыгрывается весь сюжет. Так что роль у меня была, можно сказать, главная, хотя я совершенно ничего не помню.

— А почему вашего маленького героя тоже звали Феликсом?

— Дело в том, что тогда запись звука происходила одновременно со съёмками. Не было отдельного озвучания, как сейчас. И когда ко мне по сценарию обращались «Ваня», я просто не откликался. Поэтому режиссёр сказал: «А, ладно, пусть будет Феликс».

— Никогда не хотели стать артистом?

— Ну что вы. Никогда. Отец мечтал, конечно, чтобы я стал военным моряком. Но я всегда хотел заниматься наукой. Он вместе с мамой пережил самые голодные годы в блокаду, потом воевал, стал капитаном 1 ранга, дожил до 97 лет и ушёл из жизни совсем недавно. Так что и у меня, надеюсь, есть шанс заниматься своим делом ещё долго. Можно сказать, что моя любовь — это всё же наука.

Фото Наталии Лесковой.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Научные центры»