Стефано Манкузо - Революция растений

• Название: Революция растений
• Автор: Стефано Манкузо
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-04-094383-8

Новая книга Стефано Манкузо также посвящена уникальным и неожиданным возможностям растений. Жизнь в экстремальных условиях, защитная маскировка от хищников, передвижение без потребления энергии, наконец, манипуляция животными и людьми – вот лишь то немногое, о чем рассказывает талантливый ученый. Книга наполнена потрясающими цветными иллюстрациями самих героев!

---

Таким образом, выделить «особь» в мире растений очень и очень трудно. Уже в конце XVIII века начала распространяться идея, что растения, в особенности деревья, вполне способны создавать колонии, состоящие из повторяющихся элементов. В 1790 году Иоганн Вольфганг фон Гете (1749–1832), который был не только прекрасным писателем и философом, но и блестящим ботаником, написал: «Боковые ветви, зарождающиеся в узлах растения, могут рассматриваться как отдельные растения, укорененные в материнском теле точно так же, как оно само укоренено в земле». А Эразм Дарвин (1731–1802), дедушка знаменитого английского натуралиста Чарлза Дарвина (1809–1882), подтвердил в 1800 году мысль, ранее высказанную Гете: «Каждая часть дерева суть отдельное растение; дерево же, таким образом, суть семья отдельных растений». В 1839 году его внук Чарлз добавил: «Удивительным кажется тот факт, что различные особи могут быть тесно соединены между собой, однако деревья подтверждают это своим примером: на самом деле все ростки могут рассматриваться, как отдельные растения. Полипы внутри коралла или ветки на дереве – пример того, что разделить их полностью невозможно».

Одна из многочисленных цитрусовых химер, знаменитая Биццария (Citrus aurantium bizzarria). Сегодня ею можно полюбоваться на вилле Медичи, в садах Боболи во Флоренции.

Наконец, в 1885 году немецкий ботаник Александр Браун (1805–1877) утверждал: «Жизнь растений, прежде всего деревьев, заставляет подумать, что речь не идет о неких отдельных особях, таких, как животное или человек, но, скорее, о сообществе особей, тесно и неразрывно соединенных между собой».

Можно заметить, что концепция «колонии растений» имеет уже довольно давнюю поддержку в научном мире; кроме того, среди биологов популярна теория, весьма перспективная для робототехники, предполагающая, что колониям растений свойственно жить дольше, чем отдельным живым элементам, их составляющим. Одинокий полип может прожить всего несколько месяцев, в то время как коралловая колония практически бессмертна. То же самое и с деревом: жизнь одной ветки, как архитектурной единицы, довольно коротка, в то время как колония, то есть само дерево, живет порой очень долго.

Каждое отдельное дерево можно сравнить с колонией, состоящей из отдельных повторяющихся модулей.

Следует добавить также, что концепция повторяющихся составных элементов верна не только для надземной части растения, но и для его корневой системы. Один-единственный корешок имеет собственный командный центр, определяющий направление роста, однако, как настоящий член колонии, он обязательно кооперируется с другими корнями для успешного разрешения возникающих в жизни растения сложностей.

Возникновение интеллекта, распределенного по телу, стало естественным шагом эволюции растений. Эта простая и функциональная система позволяет им быстро и эффективно отвечать на вызовы, поступающие извне, от постоянно меняющейся окружающей среды.

Плантоид: пример технологии, вдохновленной биологией растений

Как мы уже убедились, причины, по которым конструкторы берут растения в качестве образца при создании робототехники, многочисленны и весомы. Я убежден в этом, поэтому в 2003 году стал инициатором разработки идеи плантоида. Я был очарован возможностями, открывающимися перед конструктором, который сможет разгадать тайны растений и создать на их основе машину. Слово «плантоид» показалось мне наиболее адекватным для обозначения нового типа автоматов – по аналогии с «андроидом». Эти машины – дадим волю воображению – могли бы служить в самых разных исследованиях: от проникновения в глубины земли до освоения космического пространства.

Мои знания робототехники и по сей день остаются весьма ограниченными, поэтому в одиночестве я никогда не смог бы превратить свои идеи во что-то реальное. На самом деле, я боялся, что – как это часто случается в академической среде – еще одна идея останется всего лишь идеей, записками в блокноте, запертыми в ящике стола.

Однако мне повезло. Как раз в те дни, когда у меня в голове постоянно крутились мысли о плантоиде и способе его создания, – и всякий, кто имел несчастье остановиться и заговорить со мной, вынужден был выслушивать мои идеи (я давно заметил, что если меня что-то интересует, я становлюсь маньяком – все, кто меня знает, имели возможность убедиться в том, насколько я опасен), – я встретил человека, способного воплотить в жизнь то, что до того момента было лишь творческой фантазией, пусть и основательно подкрепленной теоретически. Барбара Маццолаи сегодня руководит Центром микроробототехники Итальянского технологического института (его штаб-квартира расположена в Пизе), однако в 2003 году, когда мы познакомились, она уже была превосходным исследователем. Во время учебы в университете она получила достаточно обширные знания в области биологии. Постепенно наши разговоры о растениях и автоматике стали привычкой, сколь естественной, столь и необходимой, и она тоже заразилась идеей плантоида. Чем активнее мы обсуждали идею его создания, тем больше мы убеждались в том, что она вполне реализуема. Да, перед нами стояли многочисленные технические проблемы, но все их можно было решить. Чем дальше, тем быстрее росла наша уверенность: плантоид увидит свет.

Создать робота с нуля, причем на основе абсолютно новой концепции, да так, чтобы он был готов работать по-настоящему, а не в качестве механической игрушки – задача не для слабонервных, она требует времени, труда и финансовых вложений.

Как и все исследователи-энтузиасты, мы были готовы вкладывать не только труд и время, но и собственные деньги, которые вряд ли могли бы спасти ситуацию (я не буду раскрывать здесь тайну зарплаты итальянских ученых, это просто стыдно). Однако найти спонсора, фонд или другую организацию, готовую инвестировать в проект, было не так-то просто. Поиски заняли довольно значительный период времени. Поначалу теоретические выкладки и солидные доказательства, которые нам с Барбарой казались ясными и невероятно убедительными, оставляли всех, к кому мы обращались, совершенно равнодушными (ну или совсем капельку заинтересованными). К сожалению, убедить тех, кто смотрит на растения, как на что-то примитивное и обыденное, годное для украшения садов и приготовления гарнира, в наличии у них невероятного потенциала – не так-то просто. Еще труднее оказалось убедить потенциальных инвесторов в том, что, имитируя растения, мы сможем создать роботов нового поколения. Для меня, очарованного идеей, это представлялось совершенно ясным, и я надеюсь, что вы, мои дорогие читатели, согласитесь с моим мнением! Однако потенциальные инвесторы и руководители разных фондов не находили в моих идеях ничего завораживающего и не видели конкретных перспектив. Казалось, что то, что они называли «осторожностью», а я – «нехваткой воображения», вот-вот приведет к проигрышу. Однако никогда не надо терять надежду, особенно если вы ищете средства на реализацию перспективного проекта. Если вы на самом деле верите в то, что предлагаете, рано или поздно кто-нибудь обязательно заразится вашим энтузиазмом.

Такими плантоидов изобразил художник. Поскольку эти роботы созданы в подражание растениям, они могут применяться для любых работ с почвами, разведки полезных ископаемых, очистки природных ресурсов от загрязнений.

Так и случилось с Ариадной, руководителем группы новых проектов Европейского космического агентства (ЕКА). Наши аргументы в пользу возможности создания космического робота, в основу которого была бы положена структура растения, ее убедили. В результате нам удалось получить финансирование на создание технико-экономического обоснования проекта. Финансирование было ограниченным и не позволило нам создать модель, но очень помогло сформулировать идею и предугадать вероятные проблемы, которые могли бы помешать удачной конструкции плантоида. Мы сделали для ЕКА замечательный финальный отчет (с которым можно ознакомиться в Сети) с обещающим названием: «Bio-inspiration from plants’roots» («Вдохновляясь растительной корневой системой»). В отчете в подробностях были изложены перспективы и детали создания плантоида и возможности его использования для освоения космических пространств (например исследования Марса). Наш основной посыл формулировался просто: поскольку растения являются первопроходцами в освоении нашей планеты, результаты исследования их способов выживания, воплощенные в плантоиде, могли бы подарить ученым машину, обладающую большим запасом сопротивления враждебной среде. А пока мы не знаем в космосе ничего более враждебного, чем атмосфера Марса.

Проект предусматривал выброс большого количества плантоидов в марсианскую атмосферу, где предполагалось их оставить. По своим размерам они не должны были превышать 10 см. Плантоиды рассеялись бы по Красной планете и запустили корни в марсианскую почву. Так им удалось бы исследовать подпочвенные слои, наружные же подобия листьев обеспечивали бы им практические неиссякаемый приток энергии, благодаря фотоэлементам. Наш проект обещал переворот в освоении Марса! Вместо того, чтобы отправлять на Марс огромные и дорогущие марсоходы, которые двигаются очень медленно и способны исследовать лишь небольшой кусочек поверхности планеты, можно было заслать туда тысячи плантоидов, которые бы исследовали не только почвы, но и атмосферу, распространились по значительной площади и, не двигаясь вовсе, могли бы связываться между собой и с командным пунктом на Земле. Плантоиды передавали бы данные о составе почв из разных уголков Марса, что позволило бы значительно быстрее и точнее построить карту планеты.