Когда робот может, подобно живому организму, «выращивать» изнутри новые органы восприятия по мере необходимости, его аппаратное обеспечение перестаёт быть фиксированной конфигурацией с момента выпуска, а становится живым существом, способным непрерывно эволюционировать в соответствии с требованиями среды. Последние исследования Университета Вашингтона, Гентского университета и других учреждений впервые реализовали в роботе эту способность «конститутивной эволюции» — позволяя роботу синтезировать датчики по запросу во время работы и улучшать свои характеристики в реальном времени.
I. «Дилемма фиксации» аппаратного обеспечения роботов
С момента появления роботов их аппаратные возможности всегда следовали одной и той же модели: характеристики фиксируются при выпуске. Будь то датчики, исполнительные механизмы или структурные компоненты, как только они покидают производственную линию, их функции навсегда зафиксированы. Модульные роботы позволяют заменять компоненты, но это требует внешнего вмешательства и не позволяет достичь автономной адаптации.
В отличие от них, живые организмы демонстрируют совершенно иную мудрость: сосудистая система может перестраивать свою структуру в соответствии с потребностями тканей, а нервные цепи могут устанавливать новые связи в ответ на стимулы среды. Именно эта способность к динамической перестройке материалов является фундаментальным разрывом между современной робототехникой и биологией.
Как заставить робота, подобно живому существу, физически «выращивать» необходимое аппаратное обеспечение в процессе работы на основе сигналов среды? Это одна из ключевых задач на пути к следующему поколению воплощённого интеллекта.
II. Научно-инновационные достижения: сосудистый композитный дизайн и in situ фотополимеризация
10 марта 2026 года Университет Вашингтона, Гентский университет, Имперский колледж Лондона и другие учреждения совместно опубликовали на платформе препринтов arXiv статью «Receptogenesis in a Vascularized Robotic Embodiment», впервые реализовав в роботе способность к перестройке материалов, аналогичную биологической системе кровообращения.
Достижение 1: Бионический сосудистый дизайн — наделение робота «системой кровообращения»
Вдохновившись биологической системой кровообращения, исследовательская группа создала роботизированный композит с сосудистой системой. Ключевыми аспектами этого дизайна являются:
Внутренняя жидкостная сеть: внутри робота интегрирована сложная сеть сосудистых каналов, способная точно транспортировать прекурсорный раствор, содержащий фото-латентные инициаторы.
Интеграция материала и функции: стенки сосудов служат не только структурной опорой, но и программируемыми «реакционными сосудами», предоставляя физическое пространство для синтеза материалов.
Пространственно-временная управляемость: Координация транспортировки жидкости и внешнего ультрафиолетового облучения позволяет осуществлять точный пространственно-временной контроль над процессом синтеза.
Достижение 2: In situ фотополимеризация — «выращивание» датчиков изнутри наружу
Исследовательская группа использовала реакцию in situ фотополимеризации для управления перестройкой материала: прекурсорный раствор, содержащий фото-латентные инициаторы, доставляется в определённую область сосуда, и под действием внешнего ультрафиолетового света он быстро превращается в твёрдую дисперсию полипиррола, чувствительную к УФ-излучению.
Изящество этого процесса заключается в следующем:
Химическая перестройка: реакция происходит изнутри стенки сосуда наружу, обеспечивая химическую перестройку стенки сосуда, а не простое физическое осаждение.
Подтверждение электрического отклика: вновь образованный материал демонстрирует характерное снижение импеданса, что подтверждает его чёткую сенсорную модальность.
Генерация по запросу: «Выращивание» датчика может быть инициировано в любой момент и в любом месте в соответствии с требованиями среды.
Достижение 3: Верификация замкнутого контура управления — повышение возможностей робота в реальном времени
Чтобы проверить практическую функциональность вновь созданных датчиков, исследовательская группа интегрировала их в контур управления бионическим роботом-мотылём. Результаты эксперимента показали:
Новые датчики успешно использовались для регулировки частоты взмахов крыльев робота.
Это обновление аппаратного обеспечения на физическом уровне в реальном времени улучшило поведенческие способности робота.
Это первая демонстрация на реальном роботе полной цепочки «выращивание аппаратного обеспечения во время работы — замкнутый контур управления — повышение возможностей».
Достижение 4: Заложение материальной основы для «конститутивной эволюции»
В статье исследовательская группа отмечает, что эта работа «создаёт основанную на материалах структуру для конститутивной эволюции, позволяя роботам физически выращивать специализированное аппаратное обеспечение, поддерживающее сложное поведение в окружающей среде».
Значение этой концепции заключается в следующем: будущие автономные системы смогут генерировать специализированные черты, такие как нервно-сосудистая система, в определённых сценариях в соответствии с требованиями задачи, реализуя подлинную «эволюцию, движимую сценарием».
III. Техническая сущность: переход парадигмы от «интеграции» к «генерации»
Глубокое новаторство этой технологии заключается в полном изменении логики построения аппаратного обеспечения роботов:
| Измерение | Традиционная парадигма | Парадигма робота с сосудистой системой |
|---|---|---|
| Источник аппаратного обеспечения | Предварительная интеграция или модульная замена | Выращивание по запросу, генерация in situ |
| Адаптивность | Фиксирована при выпуске, зависит от внешнего вмешательства | Реакция в реальном времени, автономная эволюция |
| Логика материала | Статическая структура | Динамически перестраиваемая |
| Генерация функции | Определяется сборкой | Запускается средой |
IV. Перспективы применения: от робота-мотылька до исследования дальнего космоса
1. Адаптивные системы для экстремальных сред
В сценариях, где вмешательство человека затруднено, таких как космические станции, глубоководные зоны или районы с ядерным излучением, роботы могут отправляться с запасом жидкости и автономно выращивать специализированные датчики в соответствии с потребностями реального времени — например, генерировать соответствующие детектирующие элементы при обнаружении определённых химических веществ.
2. Повышение возможностей во время длительных миссий
Для роботов, исследующих дальний космос и выполняющих миссии в течение месяцев или даже лет, невозможно предвидеть все требования задачи на старте. Сосудистая способность позволяет им выращивать новые сенсорные модальности в пути на основе новых открытий, реализуя «эволюцию, движимую задачей».
3. Индивидуальная настройка медицинских роботов на месте
При малоинвазивных операциях роботы могут выращивать по запросу датчики давления или тактильные элементы внутри тела в соответствии с индивидуальными анатомическими различиями пациента, повышая точность и безопасность хирургического вмешательства.
4. Адаптивный ремонт структур
При повреждении структуры робота ремонтные материалы могут доставляться через сосудистую систему для «выращивания» усиливающих структур in situ в области повреждения, обеспечивая самовосстановление.
V. Промышленное значение: переопределение «жизненного цикла» роботов
Основная ценность этого исследования заключается в переосмыслении фундаментальных отношений между роботом и его аппаратным обеспечением. В прошлом аппаратное обеспечение было «отправной точкой» жизненного цикла робота — как только оно выбрано, верхний предел производительности фиксируется на всю «жизнь». Технология сосудистой системы превращает аппаратное обеспечение в «процесс» — робот непрерывно эволюционирует во время работы, а его возможности синхронно улучшаются в соответствии с требованиями среды.
Как сказано в статье: «Эта работа открывает путь для генерации автономными системами специализированных черт — таких как нервно-сосудистая система — в сложных средах». Когда роботы эволюционируют от «интегрированного тела» к «генерирующему телу», истинный потенциал воплощённого интеллекта только начинает раскрываться.
Источник: Университет Вашингтона, Гентский университет, Имперский колледж Лондона и др.; Авторы: Kadri-Ann Pankratov, Zoe R. P. Iv, Sydney L. Cole, Luke A. Baldado, Anant Kumar Mishra, Abdon Pena-Francesch, Fumito Iida, Thomas Speck, Jonathan Rossiter, Andrew B. Hamel; Название: Receptogenesis in a Vascularized Robotic Embodiment; Опубликовано: препринт arXiv (10 марта 2026 г.).
