30 марта 2015

На правах оффтопа: Лаборатория Google X и Project Loon

Павел Крижепольский

Лаборатория Google X — подразделение компании Google, работу которого курирует Сергей Брин, один из соучредителей Google. Для стороннего наблюдателя это настоящая фабрика чудес где в настоящее время разрабатывается более сотни перспективных проектов, от беспилотного автомобиля до самообучающейся нейронной сети. Но мало кто задумывается, что эта лаборатория – уже сама по себе удивительный и не имеющий аналогов эксперимент. В этой статье мы поговорим об одном из проектов этой секретной лаборатории — Project Loon.

Лаборатория Google X

Нужно четко понимать, что Google X не является обычным R&D центром. Скорее эту лабораторию можно сравнить с фантастической Академией Пределов Знания из романа «Туманность Андромеды», которая работала над проблемами лишь едва наметившимися наукой. Пусть даже Google X немного более практична. В самой компании Google работу лаборатории часто сравнивают с выстрелами из пушки по луне — шанс на успех мизерный, но в случае удачи сенсация гарантирована.

Запретных тем для сотрудников Google X не существует. Вполне может статься, что за закрытыми дверьми лаборатории на полном серьезе работают над телепортацией людей или автомобилем на антигравитационной тяге. То, что любая другая коммерческая организация сочла бы откровенным безумием, в Google X – обыденная реальность.

Например, точно известно, что в лаборатории Google одно время разрабатывался проект космического лифта, который доставлял бы людей на орбиту. Правда, вскоре проект был заморожен на неопределенный срок – для реализации этой задумки потребовались бы материалы, которых пока еще просто не существует. Да и над летающими над землей скейтбордами одно время тоже шла работа – к сожалению, проект пока тоже приостановили, так как стоимость производства таких устройств даже по первым прикидкам получалась астрономической.

Основных условий, которым должен соответствовать проект, всего три. Во-первых, это должна быть какая-то глобальная задача, так или иначе затрагивающая миллионы людей. Во-вторых, предложенное решение должно быть кардинально новым, на голову превосходящим все имеющиеся аналоги. И в-третьих, в основе проекта должны лежать реально существующие на сегодняшний день технологии, это не должна быть какая-то абстрактная идея, к реализации которой автор сам не знает как подступиться.

Кто-то скажет, что руководство Google просто витает в облаках и вкладывает деньги в заведомо бесполезные проекты. Одно дело, инвестиции в какую-то конкретную разработку, когда заведомо известна примерная стоимость работ, время ее самоокупаемости и прочее. Но какой смысл заниматься финансирование безумных, зато весьма дорогостоящих идей, большая часть из которых просто не осуществима на практике?

Однако, свой резон в этом есть. Техника давно достигла того уровня, когда улучшить то или иное решение «на коленке» уже просто невозможно. Зачастую борьба идет за доли процента КПД, и каждый следующий шаг не только детально прорабатывается множеством узких специалистов, но и требует внедрения новых технологий и модернизации производственных линий. Создать в небольшой лаборатории автомобиль, превосходящий по своим ТТХ какой-нибудь Mercedes – это не просто фантастика, это утопия. У Google просто нет ни нужных специалистов этого профиля, ни опыта работы в этой области.

Фотография с сайта core77.com

А вот футуристический беспилотный автомобиль – дело совсем иное. Никто не будет смотреть, сколько он потребляет топлива, насколько у него эргономичный дизайн кузова и какую максимальную скорость он может развить на гоночной трассе. Более того, он практически гарантированно будет уступать по этим параметрам существующим машинам – но кто обратит на это внимание, когда аналогов у него в любом случае просто нет?

Кроме того, тот факт, что руководство лаборатории никогда не отметает ту или иную идею с ходу, еще вовсе не означает, что ее разработке будет автоматически дан зеленый свет. Для оценки перспективности новых проектов в лаборатории существует отдельная команда Rapid Evaluator, которую сами сотрудники предпочитают называть Rapid Eval. Ее руководителем является человек с говорящим именем Рич ДеВол, который до этого работал в Apple. Задача группы – не только оценить возможные риски, но и постараться сразу «потопить» идею, забросав автора каверзными вопросами. А то и вовсе потребовав собрать хотя бы условно работающий прототип, демонстрирующий основные тезисы докладчика. Жестоко? Возможно. Но если проект изначально не жизнеспособный, то лучше узнать об этом сразу, а не после многих лет бесплодных (зато очень дорогостоящих) работ.

Казалось бы, при его профессии Рич ДеВол просто обязан стать циником, смертельно уставшим от фантазий полубезумных изобретателей с горящими глазами. На самом деле, все строго наоборот – безумные идеи он любит как никто другой. Вот только в отличие от многих мечтателей, он предпочитает воплощать безумные мечты в жизнь, а не просто рассуждать на абстрактные околонаучные темы. Знаменитая строчка из советского авиамарша «мы рождены, чтоб сказку сделать былью» вполне могла бы стать не только девизом Google X, но и группы Rapid Evaluator.

Фотография с сайта fastcompany.com

Впрочем, когда речь идет о выстрелах по луне, то подавляющее большинство из них с самого начала обречены на провал. И в этом еще одно большое отличие Google X от R&D центров остальных компаний. В науке отрицательный результат – это тоже результат. И зачастую ученый просто обязан браться за кучу разных исследований и проектов, даже заранее понимая, что 99% из них не принесут какой-то практической пользы. Ведь пути, который бы позволял сделать открытие века строго по графику и с минимальными затратами времени, денег и сил просто не существует.

Беда в том, что коммерческие компании такой подход всегда совершенно не устраивал. Цель любой компании – получение прибыли, и в этом отношении финансирование безумных проектов не многим лучше, чем игра в казино. На одного счастливчика, сорвавшего куш, придется несколько тысяч бедняг, разорившихся до последней копейки. Если уж вкладывать деньги в исследования – то только имея четкое представление о том, какая польза (читайте — прибыль) может быть в них для компании в дальнейшем. И стараясь максимально контролировать этот процесс.

У Google к своей экспериментальной лаборатории требования гораздо менее жесткие. Все с самого начала отлично понимают, что без череды провалов тут не обойтись и что никакой конкретной отдачи от этих вложений может не быть еще многие годы. Но если волею судьбы в вашем распоряжении оказалась большая пушка, то уже лучше стрелять из нее по луне, чем по воробьям. А у Google, на данный момент, явно есть средства на дополнительные исследования.

Фотография с сайта core77.com

Неудачи – это рабочие будни лаборатории, и сколько падений приходится на каждый шаг вперед нам остается только гадать. Из них здесь тоже умеют извлекать пользу, анализируя пройденный путь, делая выводы и добавляя полученные знания в общую копилку. Более того — любой хотя бы более-менее успешный проект будет тут же выведен из под крыла Google X, и работа над ним будет поручена уже совершенно иному департаменту. А сотрудники лаборатории будут вновь пытаться нащупать путь для очередной технической революции.

И именно по этой причине проекты Google X обычно не спешат показывать прессе. Пусть неудачи и необходимы, но демонстрировать их окружающим мало охотников. Да и для самого проекта это может выйти боком, к моменту выхода его коммерческой версии нетерпеливый покупатель уже вполне может «перегореть». В качестве примера можно привести те же Google Glass, которые были продемонстрированы широкой общественности слишком рано. Эти «умные» очки многие уже успели записать в провалы компании, хотя работа над ними фактически только началась. И удастся ли теперь компании повторно заинтересовать покупателей уже наскучившей им игрушкой – вопрос открытый.

Так же стоить отметить, что проекты, первоначально вызывающие у публики «вау-эффект» далеко не всегда имеют какую-то перспективу. И наоборот – то, что простым людям может быть непонятно, зачастую может принести куда большую пользу, чем всякие космические лифты или летающие скейтборды. Об одном из таких нужных, но не привлекающих особого внимания проектах, пойдет речь ниже.

Project Loon

Мы привыкли считать, что интернет доступен везде и всюду. Кабельные сети, Wi-Fi, мобильный и спутниковый интернет – вариантов много. И если на что-то и жалуемся, то только на высокую стоимость передачи данных в роуминге или на низкую скорость связи. Даже если из-за какой-то глобальной аварии во всем районе отключат свет, интернет, скорее всего будет – у базовых станций операторов мобильной связи есть резервные источники питания, а вместо компьютера вполне можно использовать планшет или смартфон.

На самом деле на большей части нашего земного шара никаким доступом в интернет даже не пахнет. И для огромного количества людей это такая же фантастика, как машина времени или полет на Марс. Найти ответ на важный вопрос, получить консультацию специалиста, написать родственникам электронное письмо там просто невозможно. А ведь в некоторых случаях это вопрос жизни и смерти.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/m96tYpEk1Ao» width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

Говорят, что в интернете есть все. Очень может быть – беда только в том, что это «все» есть отнюдь не для всех. Для многих людей доступ в интернет мог бы стать единственным и неповторимым шансом получить нормальное образование — но увы, в тех местах где нет нормальных школ обычно нет и интернета. Тоже самое касается и связи – ситуации, когда годами нельзя связаться с близкими людьми и узнать, живы ли они вообще, для многих людей единственно знакомая им реальность.

Цель Project Loon – предоставить доступ в интернет всем людям даже в самых отдаленных уголках земного шара. И не просто придумать какую-то абстрактную концепцию, но своими руками воплотить ее в жизнь. Даже по меркам Google X этот проект считается совершенно безумным и неудивительно, что одним из его руководителей является сам Рич ДеВол.

На видео ниже Cliff L. Biffle, отвечающий за все летающие системы в Project Loon, делится воспоминаниями о начале проекта.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/5mD6m3V02n8″ width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

Команда Rapid Evaluator тогда столпилась вокруг белой пластиковой доски, на которой маркером был изображен дроид, летящий на воздушном шаре. «Полное безумие», улыбнулся Рич ДеВол. «Давайте попробуем доказать, что оно действительно может работать».

Большую часть необходимого оборудования купили в ближайшем магазине, кое-что заказали по интернету. Радио модуль, пара антенн, простенький мини-компьютер, картонная коробка в качестве корпуса, дешевый метеозонд и немного клейкой ленты – вот и все, первый прототип готов.

Первый же запуск показал, что проблемы начнутся совсем не там, где предполагали изначально. Сама по себе радио связь работала без проблем, зато куча остальных вещей пошла наперекосяк. И даже просто проследить за воздушным шаром, а затем найти упавшую на землю коробку с электронной «начинкой» оказалось не просто. Но главное – начало проекту было положено. Пусть даже следующие прототипы выглядели еще более причудливо, больше напоминая гигантских медуз, чем воздушные шары.

Одна из первых проблем, которую предстояло решить команде разработчиков – проблема навигации. Воздушный шар – это не полноценный летающий дрон и, на первый взгляд, управлять им совсем не просто. Но на самом деле ответ на этот вопрос уже давно известен. На большой высоте гуляют сильные ветры и опуская и поднимая шар вверх и вниз можно поймать воздушный поток, дующий в нужном направлении. Таким образом, от оператора шара требовалось просто контролировать высоту, на которой он летит. Для этих целей устройство оснастили специальным механизмом, который мог закачивать или наоборот выпускать из шара лишний воздух.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/E4D0c6yQftc» width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

Вторая глобальная проблема, которая встала перед участниками проекта – необходимость обеспечить постоянный доступ в интернет, а не кратковременную связь со случайно пролетающим мимо шаром.

Этим вопросом заинтересовался Дэн Пипони, который, как и Рич ДеВол, является одним из постоянных членов группы Rapid Evaluator. С его точки зрения, эта задача была интересна сама по себе, и хотя специально за помощью к нему никто не обращался, он решил подумать, как можно ее решить.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/mjyLynnQuC4″ width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

Для этого ему пришлось создать специальный эмулятор, в котором можно было бы быстро моделировать разные расположения шаров с учетом их скорости, высоты, встречного ветра и других параметров. А затем – разработать алгоритм работы шаров, в котором каждый шар самостоятельно определял свое место в схеме на основание положения соседей.

Не менее сложным оказалось узнать, где и на какой высоте дует ветер, который отнесет шар в нужную сторону. Частично решить эту проблему удалось с помощью прогнозов NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration). Однако, их данные о ситуации в стратосфере оказались недостаточно подробными. Все дело в том, что информацию о скорости и направлении движения ветра собирают с помощью специальных «погодных» воздушных шаров, которые на такой высоте просто лопаются.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/gaY_1_2UBas» width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

Пришлось думать о том, как собирать недостающие данные своими силами. Ничего принципиально сложного в этом также не оказалось – свой «воздушный флот» для Project Loon в любом случае будет оснащен GPS модулями, позволяющими отследить скорость и направления движения каждого шара. А значит, и воздушных потоков, которые их несут. Осталось только научиться систематизировать эти данные и использовать в своих целях.

Для Project Loon это был переломный момент – красивая, но смутно осуществимая на практике идея, впервые стала приобретать вполне зримые очертания.

Тем не менее, команде предстояло проделать еще огромное количество работы и столкнуться с целым рядом самых разных проблем. Все дело в том, что хотя сами по себе компоненты шара для Project Loon вполне обычные, работать им приходится в самых что ни на есть экстремальных условиях.

Взять хотя бы аккумулятор. По задумке, в дневное время шар должен не просто работать от солнечной энергии, но и заряжать с ее помощью встроенный аккумулятор, с помощью которого ему предстоит пережить ночь. Одна проблема – температура в стратосфере очень низкая, аккумулятор на такой холод совершенно не рассчитан.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/EPDzpxFkTvM» width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

Идея многослойного защитного кожуха, позволяющего сохранять тепло не расходуя на это заряд батареи, была позаимствована у NASA. Несмотря на то, что он неплохо показал себя уже на первых прототипах, работа над ним продолжается и по сей день. Ведь предела совершенству нет, а обеспечить сохранность заряда аккумулятора – одна из самых приоритетных задач инженеров Project Loon.

Не менее важна и долговечность самого шара. По задумке разработчиков, время жизни каждого шара должно составлять около 100 дней, что позволит ему совершить три круга вокруг Земли. Главную опасность тут представляют микро- повреждения оболочки, которых будет очень сложно избежать. Дело и в сильных перепадах температуры и в периодическом надувании и сдувании воздуха. Эксперименты в этом направлении также все еще ведутся (или, если точнее, велись на момент записи видео). Для этого в воздух запускают прототипы шаров из разных типов материалов, каждый из которых оснащен специальным датчиком, помогающим определять места утечек воздуха.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/zULbu1xfdwE» width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

Посадить такой шар на землю – тоже целое дело. Он не должен упасть кому-то на голову, не должен зацепиться за самолет и не должен оказаться на дне ближайшего озера. Весь полет прототипов должен проходить под строгим контролем от первой до последней минуты полета.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/zpzwQajQxZ4″ width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

Посадка шара осуществляется в безлюдных местах, причем во время посадки приходится не только следить за изменениями воздушных потоков, но иногда и взаимодействовать с местной службой ATC (Air traffic control, управление воздушным движением). После успешной посадки, за устройством вылетает специальная команда, которая определяет точное место положение шара и собирает с места посадки все имеющееся оборудование.

Не менее важная часть проекта – антенна, которая расположена на земле. Как уже говорилось выше, внешний вид шаров Project Loon вышел весьма впечатляющим. Вот только оценить его на такой высоте никто из пользователей в любом случае бы не смог. А вот дизайн радиоантенны, которая установлена на их доме – совсем другое дело. Она все время будет находиться перед глазами пользователя и должна выглядеть максимально стильно. После небольшого обсуждения, было решено попробовать выполнить ее в стиле воздушного шара.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/2D4tMf1w2xQ» width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

По словам дизайнеров, никакое 3D моделирование никогда не даст полного представление об объекте. Ведь тут важно не только то, как антенна выглядит сама по себе, но и насколько красиво она будет смотреться на крыше дома. Эту проблему в Google X решили кардинальным образом – построили небольшую стену с козырьком крыши и проверили, как прототип антенны выглядит на ней. А заодно и протестировали сам процесс установки, попытавшись понять, каким образом его можно максимально упростить.

Устройство антенны продемонстрировано на видео ниже. И она совсем не так проста, как кажется на первый взгляд. Ведь воздушный шар, в отличие от спутника, слегка вращается вокруг своей оси, и обычный передатчик для приема такого сигнала не годится – связь будет периодически пропадать.

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/gpu0VZFKm5U» width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

[iframe url=»//www.youtube.com/embed/iFUjp495gUA» width=»640″ height=»360″ scrolling=»no» frameborder=»0″ marginheight=»0»]

Итоги

Подробнее о лаборатории Google X можно узнать из статьи журналиста Fastcompany. Один из самых интересных описанных в статье моментов – окончание рабочего совещание на котором присутствовали руководители лаборатории, финансовый директор Патрик Пичетте и один из сооснователей Google Сергей Брин. Встреча была непростой – в тот момент одна из ключевых групп Google X переживала сложные времена, разработка проекта (уж не Google Glass ли?) зашла практически в тупик и для продолжения работы требовалось дополнительное финансирование. И Брин и Пичетте отнеслись к этой новости достаточно спокойно, пообещав уладить все финансовые вопросы. А затем вышли на улицу и подошли к канату, который был заранее натянут между двух деревьев примерно на уровне пояса. И в течение двадцати с лишним минут пробовали по очереди по нему ходить, постоянно оступаясь и падая, но не бросая своих попыток.

Этот момент отлично характеризует всю суть лаборатории Google. Когда берешься за сложное и незнакомое дело, без промахов и падений никак не обойтись. Руководители Google не боятся падать на глазах у всех сотрудников, постепенно учась ходить по канату. И все те, кто работает в Google X всегда знают, что упасть – не стыдно. Стыдно сдаться и после очередной неудачи так и остаться лежать.

twitter