Пластичность мозга - Юрий Данилов, Дмитрий Тетерюков - Наука в фокусе - 2015-03-29
Н. Асадова: 17
―
07 в Москве, у микрофона Наргиз Асадова и Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». Привет, Егор.
Е. Быковский
―
Привет, Наргиз. Здравствуйте, дорогие радиослушатели.
Н. Асадова
―
Это передача «Наука в фокусе». Мы сегодня будем говорить о двух очень интересных темах. В первой части нашей передачи мы поговорим про такое явление, как пластичность мозга. И нам удалось дозвониться до профессора-нейрофизиолога из Университета Висконсина. А во второй части нашей передачи мы будем говорить про робототехнику в космосе. И нашим гостем будет Дмитрий Тетерюков, профессор Сколтеха и руководитель лаборатории робототехники. И, конечно же, во второй части нашей передачи как обычно у нас будет наша рубрика «Вопрос-ответ». +79859704545. Присылайте, пожалуйста, свои вопросы уже сейчас, чтобы мы их накопили за передачу.Мы с Егором как обычно обязуемся взять таймаут на неделю, подготовиться и ответить в следующий раз.
Е. Быковский
―
На некоторые, может быть, сразу ответим.
Н. Асадова
―
Возможно. И поскольку у нас в студии будет как раз профессор Тетерюков, руководитель лаборатории робототехники.
Е. Быковский
―
На некоторые вопросы о роботах, возможно, ответит он, причём, немедленно.
Н. Асадова
―
Да. Так что можете прямо сейчас начинать присылать. Ну что ж, а теперь давайте начнём нашу первую тему. В рамках нашей передачи мы не раз говорили о том, что мозг – это пластичная структура. И теперь мы знаем, что разделение труда внутри мозга не закреплено жёстко, то есть функции не закреплены жёстко, они могут переключаться. И сегодня у нас есть прекрасная возможность продемонстрировать эти чудесные свойства мозга.Учёные из Университета Висконсина разработали уникальный метод помощи больным с тяжёлыми неврологическими нарушениями. Это такая пластинка, которая кладётся на язык. Электроды присоединены таким образом к языку, стимулируют работу нервных сетей. И журналисты пишут про чудесные свойства аппарата, мол, они исцеляют людей, потерявших способность двигаться после травм позвоночника, после инсульта, или восстанавливают людей, утративших вестибулярный аппарат из-за действия антибиотиков. И мы сегодня поговорим об этом с одним из создателей этого аппарата Юрием Петровичем Даниловым, руководителем лаборатории нейрореабилитации Университета Висконсина.
Юрий Петрович, расскажите, пожалуйста, про принцип действия изобретённого в вашей лаборатории аппарата. Я так понимаю. что всё началось с людей, потерявших зрение.
Ю. Данилов
―
Нет, всё началось гораздо раньше. Когда молодой аспирант… задумался на тему, как восстанавливать функции мозга. В России была опубликована книга, она называется «пластичность мозга», где его история очень подробно изложена. Когда у его отца случился инсульт, они с братом поклялись его восстановить. Хотя тогда казалось это невозможным. И они вдвоём разработали методику, в результате они его полностью восстановили, он вернулся к работе. Он был профессором физики… Дальше, поскольку ему это всё довольно хорошо удалось, он задумался на тему, что же всё-таки происходит. И он пришёл к идее о том, что мозг всё-таки очень пластичная структура. И в конце 1960-х годов было принято считать, что мозг, в общем-то, довольно жёстко… как, например, современные компьютеры. Но для того чтобы доказать, что мозг пластичен, он выдвинул три гипотеза.Первая гипотеза – о том, что повреждённую сенсорную систему, в данном случае – зрение, можно заменить чем-то другим.
Вторая гипотеза была о том, что кроме нейронов в мозгу существуют ещё дополнительные системы коммуникации.
И третья идея – что мозг пластичен в течение всего возраста.
Принято считать, что у детей мозг наиболее пластичен, а у стариков он вообще не меняется. Оказалось, что не так. Мозг способен к изменению в любом возрасте. И вот эти все три гипотезы легли в основу его основной работы. Он стал известен в 1970-х годах своими экспериментами со слепыми, когда картинка видеокамеры выдавливалась на спине слепого человека. Человек спиной мог довольно успешно различать различные картинки даже в реальном времени. И вплоть до того, что узнавал человеческие лица. Об этом писали все, кому не лень, в течение трёх лет. Потом постепенно интерес погас, потому что установка была довольно сложной, громоздкой и годилась только для лабораторных исследований.
В 1980
―
х годах он продолжал исследования. Перешёл от механической стимуляции к электрической стимуляции кожи. Если мы говорим о слепых, то мы говорим о сенсорной системе очень высокого разрешения. Участков кожи, которые обладают высокой разрешающей способностью, конечно, намного хуже, чем зрение, но тем не менее, всего два: это кончик пальца и кончик языка. На этих участках кожи сконцентрировано максимальное количество рецепторов на единицу площади. Поэтому в лаборатории в нашей проверялись все возможные участки кожи. И оказалось, что язык – это самый удачный участок кожи, который можно стимулировать довольно маленькой матрицей. То есть исходная матрица была приблизительно 3х3 см, на которой находилось 144 электрода. И с помощью такой матрицы действительно слепые в наших экспериментах были способны определять выражение лица, контролировать различные приборы, оперировать на кухне, например, поставить чайник, найти чашку, налить в неё чай, и много разных других интересных вещей.
Н. Асадова
―
Если говорить про слепых, как они описывают, как они это видят? Они видят точно так же, как до потери зрения, или как?
Ю. Данилов
―
Вы задаёте вопрос, совершенно автоматически оперируете словами, которые очень сложно привязать к реальности. Они не видят. Слово «видеть» для слепого имеет совсем другой смысл, чем для вас. Особенно у слепых, которые родились без зрения. Не тех, кто потеряли позже. Хотя они тоже используют глагол «я вижу». Как это может быть и что они имеют в виду, не знает никто.На самом деле всё очень просто. Вы, наверное, в детстве играли в такую игру, когда вам на коже рисовали буквы. Вы должны были узнать, что за буква. Значит, вы можете использовать кожу как интерфейс, который позволяет узнавать образы, картинки. То есть в этом смысле слепой, который пользуется нашим прибором, он не видит в прямом смысле слова, но он может оперировать этой информацией для тех задач, в которых мы используем зрение. Например, пройти по коридору, не уткнуться в стенку. Он чувствует, где находятся стены, он чувствует, где находится предмет перед ним на столе. Он чувствует, как шарик катится перед ним и может его поймать. То есть он может включить эту информацию в нормальное поведение, которое у здорового человека обусловлено зрением.
Но есть на самом деле он просто кожей чувствует некую пространственную информацию, которая в мозгу встраивается в поведенческие сети, в которых обычно включено зрение. Вот это самое простое, что я могу объяснить.
Н. Асадова
―
А какие ещё заболевания можно победить с помощью этого аппарата?
Ю. Данилов
―
После того как мы довольно успешно испытали эту аппарату на слепых, мы задали вопрос – а что ещё мы можем улучшить с помощью этой технологии? Потому что это технология, не просто один прибор. И мы сделали другую систему для людей, которые потеряли равновесие. Мы попытались уже заменять не зрение, а равновесие.То есть мы поставили датчик положения тела. Люди, которые теряют вестибулярный аппарат (по разным причинам – из-за инфекции, часто из-за отравления антибиотиков), они перестают чувствовать вектор тяжести. То есть они не понимают, как проходит вектор тяжести и соответственно не могут ориентировать тело. Для нас это совершенно естественно, когда мы ходим, сидим, встаём, бегаем. Ощущение вектора тяжести является той точкой отсчёта, относительно которой мы ориентируем тело.
Для этого мы датчик изменения положения на голове больного присоединили к нашему аппарату, и больные с вестибулярными нарушениями стали способны чувствовать к отклонению от той точки отсчёта, которая необходима для поддержания позы.
И в результате оказалось, что это довольно эффективно. То есть больные практически без какого-то времени на обучение в течение нескольких минут учились пользоваться этим прибором и включали его в контроль за телом.
На основании этого мы разработали методику реабилитации вестибулярных больных, довольно успешно её использовали. Но дальше обнаружили совершенно другую серию феноменов, которую было сложно описать. Например, мы восстанавливали равновесие – у человека улучшается сон. Или, например, улучшается контроль за движениями глаз. И когда мы задумались, что же мы в конце концов делаем, то мы пришли к выводу, что стимуляция языка сама по себе является тем самым фактором, который стимулирует мозг на самовосстановление.
Н. Асадова
―
На этом этапе давайте поподробнее. Как это происходит?
Ю. Данилов
―
Если я вас спрошу, какая самая популярная фраза в мире по отношению к мозгу? «Use it or lose it» - «используй, или потеряешь», смысл которого заключается в следующем: что если мозг не тренировать, он постепенно будет терять свои функции. То есть мозг, как и тело, нужно тренировать. А что значит тренировать мозг? Дело в том, что все функции мозга так или иначе на физиологическом уровне – это передачи импульсов из одной части мозга в другую, от одного нейрона к другому по аксонам, то есть связям между нейронами, и через контакты, которые нейроны имеют между собой. Так вот, было показано в многочисленных экспериментах, что если нейрон работает активно, то есть генерирует импульсы, то тогда проведение по волокну идёт быстрее, передача сигналов происходит более эффективно. И если эта стимуляция продолжается определённое время, то аксон начинает выращивать новые контакты между клетками, улучшается работа нервных сетей.То есть это прямая интерпретация слова “use it”, то есть как использовать мозг. Нужно заставить нейроны генерировать импульсы более часто.
Н. Асадова
―
Это именно электрические импульсы?
Ю. Данилов
―
Нейроны между собой разговаривают электрическими импульсами. Они называются спайки. То есть это сложный электрохимический процесс, который возникает в теле нейрона, генерирует электрический импульс, который дальше идёт по нервному волокну. Это его естественный язык. На этом языке нейроны разговаривают между собой. Теперь что делаем мы?Утверждение, что мы электрически стимулируем мозг, совершенно неправильно. Потому что наша стимуляция находится на языке и на нём заканчивается. Электрическая стимуляция. Но поскольку в эпителии языка находятся миллионы рецепторов и свободных нервных окончаний, то наши приборы вызывают в этих окончаниях естественные спайки, естественные нейронные импульсы. И вот эти естественные нейронные импульсы и является тем фактором, который влияет на работу мозга.
Язык сам по себе – довольно уникальное место. Я, может быть, даже книжку напишу про язык, потому что это действительно уникальный орган. Так вот, кончик языка напрямую связан со стволом мозга и с мозжечком. То есть у человека есть 12 пар черепно-мозговых нервов, например, по которым мы получаем информацию – зрение, слух, вкус, обоняние, это нервы, которые непосредственно связаны с мозгом. Всё, что находится ниже шеи, сигналы, которые пойдут с кожи или с мышц ниже шеи, как бы идут через спинной мозг, переключаются в спинном мозгу. А 12 пар черепно-мозговых нервов имеют прямой вход в мозг.
И от кончика языка идёт два магистральных нерва: это вкусовой, который отвечает за наши вкусовые ощущения, и тактильный – ветка тройничного нерва. То есть тройничный и лицевой нервы непосредственно связывают кончик языка с мозгом.
Если мы стимулируем эти тысячи и тысячи нервных окончаний, то эти нейронные импульсы непосредственно идут и активируют нейроны, расположенные в стволе мозга и мозжечке. А ствол мозга – это всё равно, что звёздный городок в управлении космическими аппаратами, то есть это центр контроля. В стволе мозга находится как минимум 86 структур, которые отвечают за практически все функции внутренней регуляции организма.
Половина отвечает за внутренние органы: сердце, дыхание. Оттуда идёт блуждающий нерв, который контролирует все внутренние органы. Там же находится перекрёсток моторных и двигательных путей, которые связывают спинной мозг с головным и назад.
То есть фактически, стимулируя язык, вы тем самым активируете структуры, отвечающие практически за все функции организма. И задача встала тогда: каким образом эту стимуляцию можно применить для реабилитации больных? Этим мы и занимаемся последние 10 лет.
Н. Асадова
―
Я читала, что вы уже четыре болезни точно вылечиваете, но ещё в вашем списке как минимум 40 заболеваний, которые вы тестируете и вы считаете, что тоже можно помочь. Огласите, пожалуйста, этот список, какие там заболевания вы уже точно знаете, что можете лечить. И какие следующие на очереди.
Ю. Данилов
―
Понимаете, тут тоже всё непросто. Мы работаем сейчас с четырьмя основными группами больных: это травмы мозга, инсульты, рассеянный склероз и Паркинсон. Почему мы выбрали эти заболевания? Потому что официально это практически неизлечимые болезни. Например, у человека после инсульта прошло больше полугода, считается, что максимум, что они достигли за эти полгода, является их пределом. Выяснилось, что если мы возьмём людей пять лет после инсульта, 10 лет после травмы, мы можем успешно восстановить многие функции. Я не говорю, что мы лечим болезни, это неправильно. У нас нет доказательств, что мы лечим болезнь. Но мы восстанавливаем мозг после травм. Или помогаем человеку бороться с симптомами заболевания. Например, рассеянный склероз – это нейродегенеративное заболевание, которое является проблемой собственной иммунной системой. И никто не знает, как лечить само заболевание.Но считается, что если человеку поставили диагноз рассеянный склероз, он будет прогрессивно ухудшаться. Вопрос – с какой скоростью? Разные типы рассеянного склероза. Но выяснилось, что если мы начинаем заниматься с больными, которые ходят с палочкой или с ходунками, то мы способны в течение нескольких недель или месяцев вернуть человека к нормальной ходьбе. Ему уже не нужны ни палочка, ни ходунки. То есть мы помогаем человеку бороться с болезнью, мы не лечим болезнь пока. Пока мы до такого не дошли. Но мы двигаемся в этом направлении.
Одна из самых горячих тем в Соединённых Штатах, например – это сотрясение мозга. Особенно у детей и студентов в школе и университете. То есть выяснилось, что если человек играет в футбол или девочки здесь в Америке очень много играют в футбол, их никто не учит, как принимать мяч на голову. Но каждый раз, когда они принимают мяч на голову, происходит микросотрясение. И в результате в течение нескольких лет накапливается такое мощное диффузное поражение мозга, что в результате человек просто не способен дальше учиться нормально и так далее. Там целый комплекс проблем. Такие заболевания мы можем восстановить, мы можем убрать симптоматику, можем вернуть людей к более-менее нормальному существованию. Я ещё раз хочу повторить, мы не лечим болезнь, но помогаем больному бороться с симптомами. И в этом есть очень интересный момент, который очень часто люди упускают.
На самом деле мы лекарств не даём и операцию не делаем. Все ресурсы на восстановление находятся у больного в голове. То есть мы каким-то образом стимулируем собственные внутренние ресурсы на самовосстановление. Сам больной, к сожалению, не может добраться до них.
Н. Асадова
―
Я думаю, что сейчас на этом этапе у многих наших слушателей возникнет вопрос: когда такого рода реабилитационная система будет доступна массово? В аптеках или не в аптеках она будет продаваться. В мире и в России, в частности.
Ю. Данилов
―
Вы понимаете, что в Америке есть такая администрация, как Food and Drug Administration. И мы сейчас ведём несколько клинических испытаний, для того чтобы убедить эту администрацию о том, что прибор безопасен и полезен. Мы планируем, что в Америке скорее всего какие-то сдвиги появятся в 2016 году.Технология в России… мы пытаемся начать процесс сертификации… нашего прибора в этом году. Но насколько продлятся все бюрократические процедуры и оформление всех документов, я не могу предсказать. Но мы надеемся, что где-нибудь к концу году этот прибор уже будет доступен. По крайней мере, для специализированных клиник.
Н. Асадова
―
Скажите, пожалуйста, такие заболевания, как Альцгеймер, эпилепсия, может быть, на самом деле масса заболеваний, которые считаются неизлечимыми, вы какие-нибудь тесты делали?
Ю. Данилов
―
Это тема довольно сложная. Потому что практически у всех вышеназванных групп больных, с которыми мы работаем, есть проблемы с когнитивными функциями, в частности, с памятью, вниманием, принятием решений. Эти функции улучшаются. Причём, мы уже достоверно убедились, что наша технология позволяет улучшить когнитивные функции в том числе. Поэтому в списке тех самых 44 потенциальных заболеваний есть Альцгеймер, деменция, возрастная потеря памяти. Совершенно огромный неисследованный кусок – это педиатрия. Я знаю, что в России, в частности, Москве и Московской области сейчас несколько групп работает и с церебральным параличом, и довольно-таки перспективные результаты есть.В Петербурге работают с вестибулярными нарушениями, потерей слуха и звоном в ушах. Тоже есть обнадёживающие результаты. Но это всё исследования. Да, мы видим, я лично работал уже, наверное, 1000 больных, совершенно разных заболеваний. И мы нигде не видели никаких негативных эффектов, а только позитивные. Естественно, в разной степени. То есть больные, у которых серьёзное поражение, физическое поражение мозга, с такими работать, конечно, намного сложнее. Людей с функциональными расстройствами легче.
Но это всё объект исследований. Этим нужно заниматься и заниматься. У нас лаборатория, в общем, довольно маленькая, всего 13 человек. А проблемы, к которым мы можем прикоснуться, достаточно на несколько институтов. Та же самая эпилепсия.
Н. Асадова
―
Спасибо вам огромное. К сожалению, наше время подошло к концу. Очень интересный рассказ и замечательная работа, которой вы занимаетесь. Я думаю, что мы будем следить за продвижением вашего аппарата в России. Я думаю, многим людям очень хотелось бы всё это увидеть в аптеках.
Ю. Данилов
―
Я могу только добавить в последний момент, что сейчас вышла новая книга Нормана Дойджа, автора первой книги «Пластичность мозга». Он через 10 лет написал вторую книгу, которая называется…, то есть как мозг сам себя лечит. И там очень большая глава, порядка 50 страниц, про наши исследования и нашу лабораторию. Я думаю, что в этом году книга будет переведена на русский язык.
Н. Асадова
―
Обязательно почитаем. Спасибо вам огромное. Всего доброго.
Ю. Данилов
―
Пожалуйста.
Н. Асадова
―
Это было интервью с Юрием Даниловым, нейрофизиологом, профессором Университета Висконсина в Соединённых Штатах Америки. Егор, ты хотел что-то прокомментировать.
Е. Быковский
―
Я хотел прокомментировать не само интервью, оно было очень интересное. Я узнал много нового. А то, что сейчас появляется прямо целый вал каких-то всяких бионических заменителей наших некоторых органов, например, бионический глаз. Ещё в прошлом году сообщали, что его начали вставлять. Это, собственно, искусственная сетчатка. И процессор, который работает в очках, который забирает изображение, снаружи передают его на искусственную сетчатку, а она его уже передаёт обратно в мозг. Это, конечно, не абсолютное зрение. Но всё-таки…
Н. Асадова
―
Позволяет ориентироваться в пространстве.
Е. Быковский
―
И видеть какие-то основные фигуры. Это уже очень хорошо для человека, который всю жизнь был слепым. Я думаю, что прогресс в этой области будет очень стремительным. За несколько лет искусственная сетчатка будет прогрессировать до того, чтобы дать более-менее нормальное зрение.
Н. Асадова
―
Леля из Санкт-Петербурга нас спрашивает: «Для небогатых людей есть ли что-то доступное для слепых, например?» Этот прибор сейчас дорого достаточно стоит.
Е. Быковский
―
Все прототипы всегда стоят дорого. На прошлой или позапрошлой передаче говорили, что любое новое лекарство разработать – это миллиард долларов. Дальше, когда оно выходит в широкое производство, конечно, оно становится дешёвым, как аспирин какой-нибудь.
Н. Асадова
―
Ещё лет 10 – и в принципе для многих слепых будет доступны эти заменители зрения, эти очки, вживление сетчатки, или, может быть, будут какие-то другие придуманы инструменты.
Е. Быковский
―
Думаю, что да. И дело не только в частных деньгах. А есть же всякие страховки. Не за всё мы платим, в конце концов, напрямую.
Н. Асадова
―
Ещё мы хотели сказать, что книжка, про которую говорил Юрий Данилов Нормана Дойджа, она уже переведена на русский язык. И её можно купить. Так?
Е. Быковский
―
По-моему, да. Мне кажется, что да. По-моему, я видел её в продаже. Надо это выяснить, вспомнить, на следующей передаче сказать.
Н. Асадова
―
Может, кто-нибудь из наших радиослушателей тоже следит за этой темой и нам подскажет. Присылайте нам на телефон наши ответы: +79859704545. И на этот же вопрос присылайте вопросы для нашего следующего гостя. С одной стороны, это будет Дмитрий Тетерюков, профессор Сколтеха, руководитель лаборатории робототехники. Мы будем говорить про робототехнику в космосе. +79859704545. И вопросы для нашей рубрики «Вопрос-ответ» тоже туда же, пожалуйста, присылайте. Давай посмотрим, что нам уже пришло. Несколько интересных на самом деле вопросов. У нас есть буквально минутка до новостей. Вот нас Лиля спрашивает: «Что такое вакуум? Недостижимый источник энергии, параллельный мир, или что-то ещё?».
Е. Быковский
―
Леля меня напугала этим вопросом. По-моему, ни то, ни другое, ни третье.
Н. Асадова
―
Всё проще.
Е. Быковский
―
Всё гораздо проще. Вакуум – это просто практическое отсутствие. Вот, собственно, и всё. Насчёт недостижимого источника энергии… не знаю, Леля. Давайте мы посоветуемся со специалистами, но вряд ли они ответят на этот вопрос.
Н. Асадова
―
Небольшой анонс был нашей рубрики, которая будет в следующей получасовке. А сейчас мы прервёмся на краткие новости и саморекламу, затем вернёмся в эту студию и продолжим передачу.НОВОСТИ
Н. Асадова: 17
―
35 в Москве. У микрофона по-прежнему Наргиз Асадова и Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». И мы продолжаем передачу «Наука в фокусе». В студии к нам уже пришёл наш гость, которого мы анонсировали. Дмитрий Тетерюков, профессор Сколтеха, руководитель лаборатории робототехники. Здравствуйте, Дмитрий.
Д. Тетерюков
―
Здравствуйте, Наригз.
Н. Асадова
―
И поговорим мы сейчас про робототехнику в космосе. Передаю слово Егору Быковскому.
Е. Быковский
―
Не обязательно в космосе. Я хотел сказать, что в последние годы появляется очень много всяких новостей из области робототехники. Поток растёт, может быть, не в геометрической прогрессии, но в арифметической. И самые интересные, по крайней мере, для меня не антропоморфные модели, которыми управляют операторы, такие часто выступают на разных шоу, их к недоразумению тоже называют роботами, мы о них говорить не будем. Это не роботы. Куда интереснее какие-то автономные системы с собственным центром обработки информации и принятия решений. А ещё если они при этом не антропоморфные, а какие-то на совершенно непонятных алгоритмах непривычных основаны, это самое любопытное. В том числе в космос.Я видел недавно ролик с роботом Вайкири. Он совершенно антропоморфный. Его готовят якобы к полёту на Марс в НАСА. Он учится стоять на одной ноге. Мне не очень понятно, зачем нужен такой робот для исследования дальних планет. Кстати, это очень сложная задача – научиться стоять на одной ноге. Я когда-то интересовался алгоритмами эмуляции человеческого движения. Это очень сложно. Но вообще, по-моему, есть куда более интересные способы подойти к тому, чтобы построить робота, который будет где-то там эффективно передвигаться.
Например, робот Супербоул Бот, который в том же НАСА разрабатывался. Сначала они сделали маленького робота, он похож на связку таких железных прутиков, связанных тросиками. А потом вдруг раз – и превращается в некий шар, который эффективно передвигается по всяким препятствиям. Собственно, я хотел спросить, какие самые интересные разработки в неантропоморфной робототехнике существуют, зачем они нужны. Поговорить об этом.
Д. Тетерюков
―
Вообще когда решается какая-то задача робототехники, мы ставим прежде всего цель, то есть в каких условиях будет использоваться робот. Поэтому, конечно, человек – это самая универсальная машина. То есть человек может производить определённые действия, он может двигаться с большой скоростью, он может манипулировать объектами. Если мы говорим про конкретные условия планеты. Например, проект Superbowl Project, был как раз разработан и предназначен для поверхности Титана. Титан – это самый крупный спутник Сатурна. И он известен тем, что на нём, считается, существуют озёра и реки. Причём, эти озёра и реки этан-метановые, то есть это именно с сильно отрицательными температурами. Там предполагается -180 градусов. Газ превращается в жидкость. И именно для таких тонких поверхностей был придуман проект, где форма робота не антропоморфна, не что-то подобное, а форма предназначена как раз для передвижения по таким жидким поверхностям. И этот робот взял в себя основу концепции tensegrity, то есть tensional integrity, то есть это целостная конструкция, которая работает на сжатие. Эта концепция была разработана Ричардом Фулером, архитектором и инженером.Истоки из инженерии, из архитектуры превратились в робота, который мог бы передвигаться. То есть это концепция перекати-поля, то есть это объект условно круглой формы, который позволяет преодолевать препятствия и двигаться по поверхности не с помощью мобильной колёсной платформы, а с помощью изменения своих упругих свойств. Таким образом, он передвигается по горизонтальной поверхности.
Е. Быковский
―
Но при этом ему не нужен ветер, в отличие от перекати-поля.
Д. Тетерюков
―
Абсолютно. Поэтому, если мы говорим про концепцию tensegrity в том плане, что она статическая конструкция. То есть она состоит из фактически жёстких балок и упругих тросиков. И эта конструкция изначально предназначена для того, чтобы при потере какой-то стабильности она вернулась в исходное состояние. То есть этот робот, которого мы сбрасываем на поверхность, деформировал, а после деформации он возвращается в исходное состояние. Они предлагают использовать не пассивную, как в этом случае, конструкцию, а активную конструкцию.
Н. Асадова
―
Которая сама себя воссоздаёт или как-то видоизменяет.
Д. Тетерюков
―
Абсолютно. Движение этих объектов, движение частей этого робота жёстких и гибких позволяет перекатываться этому механизму по поверхности. Поэтому это уже активный механизм.
Н. Асадова
―
А что он ещё умеет делать, кроме того, что он видоизменяет свою внешность? Для чего он используется?
Е. Быковский
―
Какие-то датчики, наверное…
Д. Тетерюков
―
Конечно. Цель такая, что внутри этого робота… вопрос возникает, естественно, прежде всего: в такую форму как мы интегрируем все эти сенсоры, масс-спектрометры и так далее, чтобы исследовать поверхность? Потому что прежде всего задача робота – это исследование поверхности. Это глаза робота, видеокамеры, это проба грунта и так далее.Поэтому они предлагают в случае, когда необходимо все эти элементы и сенсоры включить внутрь робота. Когда роботу необходимо произвести какие-то исследования, он складывается, и эти сенсоры появляются на поверхности этого робота, делают определённые замеры, дальше он опять принимает форму шара и катится по поверхности Титана.
Н. Асадова
―
Мы с Егором как-то делали передачу и упоминали другую технологию по типу оригами.
Д. Тетерюков
―
Абсолютно. Если мы говорим про оригами, я как раз уже подумал о том, что это механический оригами. Если в случае оригами мы складываем бумагу в какую-то форму, то в этом случае мы складываем механическую конструкцию в определённую форму, и, меняя её натяжение-сжатие, принцип работы – это мускулы человека. У нас есть и приводная часть, и двигательная часть. По сути это прототип мускул человека, только собранный в определённую круглую форму.
Н. Асадова
―
Вот Егору не интересно про антропоморфного робота, а мне интересно. Но мне интересно вот что.Я про космос. Скажите, почему и вообще, может быть, это неправильный вывод, делается выбор в пользу неантропоморфных роботов? Или всё-таки есть направления, которые развивают антропоморфных роботов, которые будут работать в космосе? В чём их плюсы и минусы для работы в космосе?
Е. Быковский
―
И ещё маленькая добавочка к вопросу. Меня очень удивила фраза, которую вы сказали насчёт того, что человек – универсальное существо. Мне кажется, что есть куда более удачные формы для определённого рода исследований. Например, для нор человек не подходит. Для водной среды, наверное, тоже и так далее.
Д. Тетерюков
―
Я имею в виду универсальное в том плане, что эволюция доказала, что человек более успешен в выживании. То есть в любом случае, будь то функция мозга или будь то его физические свойства, если человечество выжило, значит оно в любом случае более универсально, чем любые другие существа.
Н. Асадова
―
Бактерии выжили сильно круче и дольше.
Д. Тетерюков
―
Но всё-таки человек увеличил свою популяцию значительно больше, чем микроорганизмы. То есть исходя из эволюции.
Н. Асадова
―
Да, вернёмся к моему вопросу. Всё-таки в космосе лучше работают или делают ставку всё-таки на антропоморфных или неантропоморфных роботов. И почему?
Е. Быковский
―
В космосе – имеется в виду вообще вне пределов Земли?
Н. Асадова
―
Да.
Д. Тетерюков
―
Хорошо, давайте возьмём пример. То есть если мы говорим о том, что робот должен выполнять какие-то функции вместе с человеком, то мы, конечно, хотим человекоподобного робота. Поэтому и НАСА уже отправила, установила робота… он уже на космической станции. Японцы запустили робота, который тоже для коммуникации с астронавтами. Конечно, человек хочет рядом видеть себе подобное существо, если мы говорим о совместной работе. Если мы говорим про исследования поверхности, то, как и организмы, то есть есть четырёхногие, есть пауки, есть разные способы передвижения по поверхности в зависимости от задач выживания, которые стояли перед определённым видом.Человек – двухногий. Его стабильность поддерживать на поверхности очень сложно. То есть баланс человека и баланс двухногого робота – одна из сложнейших динамических задач. Поэтому кроме робота… на данный момент у нас практически нет двухногих ходящих роботов. Что касается…
Е. Быковский
―
Та же самая насовская «Валькирия» - он же ходячий вполне себе.
Д. Тетерюков
―
Нет, он ходит, и двухногий робот ходит. Другой вопрос – насколько при преодолении препятствий эта система эффективна? Поэтому когда мы сравниваем с четырёхногим, например, Робот Dog, да, этот проект Boston Dynamics, то мы, конечно, видим, что такая система более устойчива, она может переносить большие грузы по сравнению с двухногими существами.То же самое: если мы говорим про исследование поверхности, то на данный момент конкурентную борьбу выигрывают колёсные, гусеничные роботы, потому что они устойчивы, они позволяют передвигаться с определённой скоростью и перевозить достаточно сложное оборудование, и преодолевать, что главное, препятствия. Поэтому когда мы рассматриваем проект Superbowl Project, то вопрос преодоления препятствий достаточно сомнителен. То есть насколько он сможет, допустим, выбраться из какой-то впадины? Пока ответа на него нет. Но гусеничный робот с учётом трений и сильных приводных механизмах сможет преодолеть препятствие на дороге.
Е. Быковский
―
Вообще у нас, наверное, много бионика даёт всяких примеров. Например, шестиногий робот был бы куда лучше, чем четырёхногий для преодоления препятствий, мне кажется. Я не специалист.
Д. Тетерюков
―
Это всё зависит от скорости и количества… Чем больше у нас конечностей, тем сложнее система управления и тем роботы становятся медленнее. То есть паук не сможет быстрее нас бегать в любом случае. Я понимаю, что размеры разные. Но всё равно у двухногих существ скорость передвижения больше, чем, скажем, у восьминогих.
Н. Асадова
―
Вы говорите про такую задачу, как устойчивость роботу при освоении планет. А какие ещё задачи он должен выполнять, и в чём основные проблемы сейчас в робототехнике? Над чем работают учёные?
Д. Тетерюков
―
Во-первых, конечно, изначально это форма, которая необходима для передвижения на поверхности. Второе – это сенсоры. То есть, опять-таки, любое механическое устройство – это машина. Человек – это тоже машина, если мы говорим, как да Винчи. Он определял человека как машину со своими мускулами, двигателем и со скелетом, то есть основой, каркасной основой. То и роботы являются опять-таки машинами для определённых целей, то есть они, как и человек, имеют сенсоры для осязания, для зрительного восприятия, те сенсоры, которые нам необходимы. Если мы говорим про исследование поверхности, что нам необходимо узнать? Состав этой поверхности. Что нам находится? Железо, лёд или скальные породы.
Н. Асадова
―
Сенсоры сейчас очень хорошо развиты, насколько я понимаю.
Е. Быковский
―
С обработкой информации есть проблемы.
Д. Тетерюков
―
Обработка информации, сенсоры. Но, опять-таки, сенсоры масс-спектрометра, которые сейчас используются для изучения поверхности, для изучения состава поверхности, они всё равно ещё далеко не идеальны, то есть есть пределы к совершенствованию. Во-вторых, кроме этого нужно опять-таки эту систему, которую вы правильно сказали, завязать на информационный обмен, то есть анализ этих всех данных в режиме реального времени.То есть вместо того чтобы посылать эти данные на Землю, вот такая робототехническая система… мы сейчас говорим про одного робота, который на поверхности.
Мы можем пофантазировать и сказать, что будет робототехническая научная лаборатория, где, допустим, так называемая робототехника, где группа роботов выполняет определённую функцию. Но каждый должен делать свою. Поэтому робот привозит, например, образцы, другой робот их анализирует, третий робот передаёт эту информацию и даёт команды другим роботам, где дальше исследовать на поверхности. Один из проектов, который мы делаем, называется… то есть мы хотим сделать картографию лунной поверхности, где каждый робот – это как отдельная ячейка. Это рой роботов, которые выполняют картографию лунной поверхности.
Причём, концепция изначально идёт из глаза стрекозы, потому что глаз стрекозы устроен совершенно по-другому, чем глаз человека, то есть у него есть много линз и ячеек, так называемая сетчатая конфигурация, и он очень чётко реагирует на движения. Такую концепцию мы взяли, что каждая ячейка – одна ячейка глаза. И вместе они составляют такую сетчатую конфигурацию, которая одновременно может трёхмерное изображение определённой области. И вот это конструирование трёхмерной области – это как раз наша задача, где робот берёт эту визуальную информацию и конструирует это трёхмерное изображение, передаёт на Землю и одновременно рисует картографию поверхности.
То есть если мы говорим про Google View, то мы можем сказать, что это Lunar View.
Н. Асадова
―
Здорово. Скажите, я знаю, что на Венере очень трудно взять образцы. И мы как-то делали передачу, из которой я поняла, что аппараты, которые прилетали на Венеру, например, американцам так и не удалось взять…
Е. Быковский
―
Никому не удалось. Аппарат живёт на Венере десятки минут.
Н. Асадова
―
Решается эта задача? Выживаемость робота на поверхности.
Д. Тетерюков
―
Конечно. Это задача, которая связана с созданием таких материалов, которые бы могли выживать в ядовитой атмосфере, которые смогли бы снять какие-то параметры и успеть передать их на Землю.
Н. Асадова
―
Есть какие-то работы уже? Например, для Венеры. Наверняка же учёным хочется исследовать всё-таки, как эта планета устроена. И сейчас чёткого понимания нет, потому что так и не удалось взять образцы.
Е. Быковский
―
Мне кажется, что Венера не совсем для роботов. Там задача – посадить спускаемый аппарат, чтобы он успел отстрелить хоть какую-нибудь информацию, прежде чем он погибнет.
Н. Асадова
―
Что Дмитрий нам расскажет на этот счёт?
Д. Тетерюков
―
Я могу сказать, что, несомненно, ведутся работы в этом направлении, но не в нашей лаборатории. Это скорее всего проблема, которую должны решать какие-то сложные материалы, которые выдерживали бы воздействие ядовитых веществ на поверхности. То есть это задача создания таких умных, или композитных материалов. Это однозначно не задача робототехники. Задача робототехники – это сделать такой аппарат, который в совокупности сенсоров, мобильной платформы и мозга, который обрабатывает эту информацию, выполнял свои функции. А задача, например, уже конструкторов или материаловедов – создать такой материал, который бы выдерживал такие нагрузки. Это не задача робототехники.
Е. Быковский
―
Чтобы мог выжить.
Д. Тетерюков
―
Да, выжить.
Н. Асадова
―
Спасибо огромное. К сожалению, наше время подошло к концу. Было очень интересно. Я думаю, что мы вас ещё пригласим в нашу передачу.
Е. Быковский
―
Если нас кто-нибудь спросит насчёт роботов…
Н. Асадова
―
Я напоминаю, что у нас в студии Дмитрий Тетерюков, профессор Сколтеха, руководитель лаборатории робототехники. Мы сейчас начнём новую нашу рубрику «Вопрос-ответ». И вы в рамках этой рубрики сможете ещё Дмитрию задать свой вопрос.Напоминаю телефон для СМС: +79859704545. Сюда можете присылать свои вопросы. И вот один вопрос уже нам прислали из Москвы. Правда, человек не назвал себя. Просьба ко всем остальным – называть. «Может ли метан на Титане взорваться, если робота замкнёт?». Вообще может ли замкнуть робота?
Д. Тетерюков
―
Очень хороший вопрос. Конечно, в плане того, что на Титане такая атмосфера взрывоопасная, вопросы именно электрической безопасности этого робота являются принципиальными. То есть должна быть какая-то схема. Мы сейчас говорим про конструкцию, что она должна быть вот такой в форме шара и перекатываться. Но, несомненно, одна из задач – то, что он был бы безопасный. Потому что когда взрывоопасная атмосфера, мы должны сделать так, чтобы не создать каких-то катаклизмов на самом спутнике.
Е. Быковский
―
Посылаем на Титан – хлоп, и нет Титана.
Д. Тетерюков
―
Одним спутником меньше.
Е. Быковский
―
Неприятность.
Н. Асадова
―
Вопрос, который нам в прошлый раз присылали, нам с Егором он очень понравился. Мы нашли на него ответ. «Почему семечками невозможно наесться? Почему они действуют, как наркотик?».
Е. Быковский
―
Полностью на него мы не нашли ответ. Мы порассуждали с исследователями из Германии, из университета… они как раз этим занимались, собственно, не только семечками, но и всякими другими закусками. Полагают, что им недавно удалось узнать, почему некоторые закуски очень трудно потреблять в меру. Я сразу отмечу, что они бывают разные. У немцев одни, у нас семечки и сало, например, которое больше никого не интересует. Но дело не в конкретных закусках, а в том пищевом поведении, которое как раз доктор Тоббиас Хох из этого университета называет гедонистической гиперфагией. Это научный термин для обозначения аппетита, построенного на удовольствии, не утолении голода.Например, употребление наркотиков бывает медицинским и рекреационным. Так и поглощение аддиктивной пищи – это форма разнообразия досуга или… работы иногда.
В те или иные годы жизни гедонистическая гиперфагия может овладеть человеком, вами и мной. Мной, кстати, семечки овладели, я от них избавился. Если пристрастие к нездоровой еде становится хроническим, то на его базе развивается, например, ожирение или ещё какие-нибудь неприятности.
Тоббиас Хох и его группа ставили опыты на крысах, чтобы выяснить, почему сало или конфета – наркотик, а рыбий жир и чёрный хлеб – нет. Это простые опыты. Они предложили грызунам в разных клетках разное меню: одним чипсы, а другим порошковую смесь жиров и углеводов, третьим – обыкновенный гранулированный комбикорм. И несмотря на то, что у животных вообще-то отличные… вкусы, крысы оказались без ума от чипсов, притом, что это просто смесь жиров с сахарами и солью. В ней примерно столько же калорий, как в людской закуси. А вот комбикорм понравился им гораздо меньше.
То есть аппетитность картофельных чипсов вообще не объясняется их питательностью (содержанием жиров, углеводов). Чтобы на чипсы западали, в них должно быть нечто ещё. В современной науке принято считать, что жирная высокоуглеводная пища шлёт сигналы в мозг, вызывая обратную реакцию удовольствия. Поэтому люди перебивают аппетит не редиской, а, скажем, эклерами или бутербродами с салом. По сравнению с другой едой чипсы сильнее влияют на объём потребления пищи, сон, активность и подвижность.
Существует теория, согласно которой всякие вот эти снеки и конфеты содержат сигнальные вещества, которые стимулируют систему подкрепления мозга. Сало и семечки в определённых культурных условиях – тоже.
У разных людей различная аддиктивность, уровень чувствительности нервной системы к этим пищевым стимуляторам. На обычном языке этот феномен называется «вкусы». То есть в социальном смысле семечки – это чистый наркотик, но локальный. Немцем такой не возьмёшь. Избавиться от него проще, чем от других наркотиков: просто не берите его в руки, и всё, потому что знаете, что дальше случится.
Н. Асадова
―
А то закончите, как Егор Быковский.
Е. Быковский
―
В студии «Эхо Москвы» ты имеешь в виду.
Н. Асадова
―
Не знаю. Ты семечки сюда не приносил. Максим для вас, Дмитрий, идею подкинул: «Для Венеры нужен робот-крот, который смог бы после посадки спрятаться в грунт. Такого можно создать?».
Д. Тетерюков
―
Если мы создадим материалы, которые будут защищать его от воздействия ядовитых веществ, то да. Есть уже проект «робот-ёж» тоже для космоса. «Робот-крот» - тоже интересное название.
Н. Асадова
―
А в чём его суть, «робот-ёж»?
Д. Тетерюков
―
Ёж может подпрыгивать и преодолевать препятствия, как кузнечик по сути.
Н. Асадова
―
Вопрос про семечки нам задавал Рупрехт из Москвы. Он в трёх СМС-ках кричит: «Это мой вопрос! Скажите, что это я его задавал». Да, это вы его задавали.
Е. Быковский
―
Спасибо, Рупрехт. Мы потратили много времени на ваш вопрос. Надеюсь, мы ответили.
Н. Асадова
―
Ещё маленький ответ на хороший вопрос. Давай успеем ещё дать. Можно ли шум дороги превратить в полезную энергию?
Е. Быковский
―
На самом деле несколько раз подряд меня спрашивали за последние годы, и каждый раз я должен людей разочаровать и говорить, что нет, это может показаться странным, контринтуитивным, но шум от дорожного трафика в энергию превратить нелегко. Даже сотня децибел от доносящегося, как кажется, с диким грохотом грузовика, даёт примерно одну сотую ватт на квадратный метр. А, скажем, солнечный свет даст в десятки тысяч раз больше энергии на ту же площадь. Поэтому с энергией ничего не получится.
Н. Асадова
―
И ещё последний вопросик: «Какое самое детальное разрешение при рентгеноскопии?».
Е. Быковский
―
Есть лёгкий ответ. Можно было погуглить, но мы ответим, что самый мощный рентгеновский аппарат – это компьютерный томограф. За много проходов они строят хорошую такую цветную картинку внутренних органов человека, они видят мелкие трещины в костях или опухоли, всего несколько миллиметров в диаметре. Но вообще это далеко не предел, потому что они используются не только в медицине, чтоб вы знали. Например, в Национальной ускорительной лаборатории в Калифорнии есть такой трёхкилометровый линейный ускоритель, который может делать фильмы в жанре «Из жизни атомов». Например, зарегистрировать во всех деталях процесс фотосинтеза растения. В общем, это хорошая такая разрешающая способность. Можно фотографировать атомы.
Н. Асадова
―
К сожалению, закончилось наше время. Я напоминаю, что в студии с вами были Наргиз Асадова, Егор Быковский, заведующий отделом науки журнала «Вокруг света». И наш гость Дмитрий Тетерюков, профессор Сколтеха, руководитель лаборатории робототехники. Всем большое спасибо и до свидания.
Д. Тетерюков
―
Спасибо.
Е. Быковский
―
Спасибо всем. Удачного воскресного вечера. До свидания.