روبوتات متطورة ذاتية التكرار جاهزة لاستعمار الفضاء

وقال: "إننا نحاول، إذا أردتم، ابتكار طريقة جديدة تمامًا لتصميم الروبوتات التي لا تتطلب من البشر أن يقوموا فعليًا بالتصميم". آلان وينفيلد. "نحن نعمل على تطوير آلة أو روبوت يعادل الانتقاء الاصطناعي بالطريقة التي يتبعها المزارعون لقد تم القيام بذلك ليس لقرون فحسب، بل لآلاف السنين... ما يهمنا هو التكاثر الروبوتات. أعني ذلك حرفيا."

وينفيلد، الذي يعمل في مجال البرمجيات والأنظمة الروبوتية منذ أوائل الثمانينيات، هو أستاذ الروبوتات الإدراكية في مختبر بريستول للروبوتات في جامعة غرب إنجلترا (UWE). وهو أيضًا أحد العقول التي تقف وراء تطور الروبوتات المستقلة (ARE)، وهو جهد متعدد السنوات نفذته جامعة غرب إنجلترا، وجامعة يورك، وجامعة إدنبرة نابير، وجامعة سندرلاند، وجامعة فريجي أمستردام. ويأمل مبتكروها أن تغير الطريقة التي يتم بها تصميم وبناء الروبوتات. وكل ذلك بفضل استعارة صفحة من علم الأحياء التطوري.

المفهوم الكامن وراء ARE بسيط، على الأقل من الناحية النظرية. كم عدد أفلام الخيال العلمي التي يمكنك التفكير فيها حيث هبطت مجموعة من المستكشفين الجريئين على كوكب ما وعلى الرغم من محاولاتهم الحثيثة للتخطيط، يجدون أنفسهم غير مستعدين تمامًا لأي شيء يقابل؟ هذه هي الحقيقة بالنسبة لأي من السيناريوهات غير المضيافة التي قد نرغب فيها في إرسال الروبوتات، خاصة عندما يكون هؤلاء يمكن أن تكون الأماكن على بعد عشرات الملايين من الأميال، كما هو الحال بالنسبة للاستكشاف والسكن المحتمل للآخرين الكواكب. حاليا، الروبوتات مثل

مركبات المريخ تم بناؤها على الأرض وفقًا لتوقعاتنا لما سيجدونه عند وصولهم. هذا هو النهج الذي يتبعه علماء الروبوتات، لأنه لا يوجد خيار آخر متاح.

ولكن ماذا لو كان من الممكن نشر مصنع مصغر من نوع ما - يتكون من برامج خاصة، وطابعات ثلاثية الأبعاد، وأذرع روبوتية، ومعدات؟ معدات التجميع الأخرى - التي كانت قادرة على تصنيع أنواع جديدة من الروبوتات المخصصة بناءً على أي ظروف وجدت عليها الهبوط؟ ويمكن شحذ هذه الروبوتات وفقاً للعوامل البيئية والمهام المطلوبة منها. والأكثر من ذلك، أنه باستخدام مزيج من التطور الواقعي والحسابي، يمكن جعل الأجيال المتعاقبة من هذه الروبوتات أفضل في مواجهة هذه التحديات. وهذا ما يعمل عليه فريق Autonomous Robot Evolution.

"الفكرة هي أن ما تهبط عليه على هذا الكوكب ليس مجموعة من الروبوتات، بل في الواقع مجموعة من الروبوتات". قال وينفيلد لـ Digital Trends، في إشارة إلى مصنعي الروبوتات في ARE، هو وفريقه من المحققين مبنى. "يتم اختبار الروبوتات التي يتم إنتاجها بواسطة RoboFabs حرفيًا في الكوكب الحقيقي البيئة، وبسرعة كبيرة، يمكنك معرفة أي منها سيكون ناجحًا وأيها غير صحيح."

مات هيل، باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر بريستول للروبوتات والذي يقوم ببناء RoboFab وتصميم العملية التي يتم من خلالها تصنيع الروبوتات المادية، قال لـ Digital الاتجاهات: "الميزة الرئيسية بالنسبة لي هي أنه سيتم إنشاء روبوت مادي لم يتم تصميمه بواسطة شخص، ولكن بدلاً من ذلك تلقائيًا بواسطة التطور التطوري". خوارزمية. علاوة على ذلك، فإن سلوك هذا الفرد في العالم المادي سوف يغذي الخوارزمية التطورية، وبالتالي يساعد في تحديد الروبوتات التي سيتم إنتاجها بعد ذلك.

مرحبًا بك في إيفوسفير

إن محاكاة العمليات التطورية من خلال البرمجيات هو مفهوم تم استكشافه على الأقل منذ أربعينيات القرن العشرين، وهو نفس العقد من القرن الماضي. تم إطلاق جهاز ENIAC، وهو عملاق يبلغ وزنه 32 طنًا وكان أول حاسوب رقمي إلكتروني متعدد الأغراض قابل للبرمجة في العالم، لأول مرة وقت. وفي السنوات الأخيرة من ذلك العقد، اقترح عالم الرياضيات جون فون نيومان إمكانية وجود آلة اصطناعية تم بناؤه وكان قادرًا على التكاثر الذاتي، مما يعني أنه سينشئ نسخًا من نفسه، والتي يمكنها بعد ذلك إنشاء المزيد نسخ.

كان مفهوم فون نيومان، الذي سبق الذكاء الاصطناعي بأكثر من نصف عقد من الزمن، ثورياً. وقد أثار الاهتمام بالمجال الذي أصبح يعرف باسم الحياة الاصطناعية، أو ALife، وهو مزيج من الكمبيوتر العلوم والكيمياء الحيوية التي تحاول محاكاة الحياة الطبيعية والتطور من خلال استخدام الكمبيوتر المحاكاة.

لقد أظهرت الخوارزميات التطورية وعدًا حقيقيًا في العالم الحقيقي. على سبيل المثال، تم استخدام خوارزمية جينية أنشأها عالم ناسا السابق ومهندس جوجل جيسون لون لتصميم مكونات الأقمار الصناعية المستخدمة في مهمات ناسا الفضائية الفعلية. قال لي لون في كتابي: «لقد كنت مفتونًا بقوة الانتقاء الطبيعي آلات التفكير. الأمر الذي كان صادمًا بشأن مكون القمر الصناعي الخاص بـ Lohn، والذي تم تكراره بواسطة الخوارزمية على العديد من العناصر أجيال عديدة، هو أنها لم تعمل بشكل أفضل من أي تصميم بشري فحسب، بل كانت غير مفهومة على الإطلاق لهم كذلك. تذكر لون أن الجزء كان يشبه "مشبك ورق منحني".

هذا هو ما يثير حماس فريق ARE، وهو أن الروبوتات التي يمكن إنشاؤها باستخدام هذه العملية التطورية يمكن أن يتم تحسينها بطريقة لا يمكن لأي مبدع بشري أن يحلم بها. وقال وينفيلد: «حتى عندما نعرف البيئة جيدًا، فإن التطور الاصطناعي يمكن أن يتوصل إلى حلول جديدة لدرجة أنه لم يكن من الممكن لأي إنسان أن يفكر فيها».

هناك جزأين رئيسيين لمشروع ARE "ايفوسفير." يُطلق على جانب البرنامج اسم مدير النظام البيئي. وقال وينفيلد إنها مسؤولة عن تحديد "أي الروبوتات يجب أن تتزاوج". تستخدم عملية التزاوج هذه خوارزميات تطورية لتكرار أجيال جديدة من الروبوتات بسرعة لا تصدق. تقوم العملية البرمجية بتصفية أي روبوتات قد تكون غير قابلة للحياة بشكل واضح، إما بسبب تحديات التصنيع أو التصميمات المعيبة بشكل واضح، مثل الروبوت الذي يظهر من الداخل إلى الخارج. تتعلم الروبوتات "الطفلية" في بيئة افتراضية خاضعة للرقابة حيث سيتم مكافأة النجاح. والأكثر نجاحًا هو جعل شفرتهم الجينية متاحة للتكاثر.

يتم نقل المرشحين الواعدين إلى RoboFab للبناء والاختبار. يتكون RoboFab من طابعة ثلاثية الأبعاد (واحدة في النموذج الحالي، وثلاثة في النهاية) تقوم بطباعة الهيكل العظمي للروبوت، قبل تسليمه إلى الروبوت ذراع لربط ما يسميه وينفيلد "الأعضاء". تشير هذه إلى العجلات ووحدات المعالجة المركزية وأجهزة استشعار الضوء والمحركات المؤازرة والمكونات الأخرى التي لا يمكن معالجتها بسهولة مطبوعة ثلاثية الأبعاد. وأخيرًا، يقوم ذراع الروبوت بتوصيل كل عضو بالجسم الرئيسي لإكمال الروبوت.

قال وينفيلد: "لن أتحدث أكثر من اللازم عن التقنية، لكن هناك مشكلة في التطور في المحاكاة والتي نطلق عليها فجوة الواقع". "هذا يعني أن الأشياء التي تم تطويرها حصريًا في المحاكاة لا تعمل بشكل جيد بشكل عام عندما تحاول تشغيلها في العالم الحقيقي. [السبب في ذلك] هو أن المحاكاة هي تبسيط، إنها تجريد للعالم الحقيقي. لا يمكنك محاكاة العالم الحقيقي بدقة 100% بميزانية حاسوبية محدودة.

حاول قدر المستطاع، فمن الصعب محاكاة الديناميكيات الفعلية للعالم الحقيقي. على سبيل المثال، الحركة التي تنجح من الناحية النظرية قد لا تنجح في الواقع الفوضوي. قد لا توفر أجهزة الاستشعار هذا النوع من القراءات النظيفة المتوفرة في المحاكاة، بل توفر تقديرات تقريبية غامضة للمعلومات.

من خلال الجمع بين كل من البرامج والأجهزة في حلقة ردود الفعل، يعتقد الباحثون في ARE أنهم ربما اتخذوا خطوة كبيرة نحو حل هذه المشكلة. أثناء تنقل الروبوتات المادية، يمكن إرجاع نجاحاتها وإخفاقاتها إلى برنامج Ecosystem Manager، مما يضمن تكيف الجيل القادم من الروبوتات بشكل أفضل.

خطر النسخ المتماثلة غير المقصودة

وقال وينفيلد: "الأمل الكبير هو أنه في وقت ما خلال الأشهر الـ 12 المقبلة أو نحو ذلك، سنكون قادرين على الضغط على زر البداية ورؤية العملية برمتها تعمل تلقائيًا".

لكن هذا لن يكون في الفضاء. في البداية، من المرجح أن تركز تطبيقات هذا البحث على سيناريوهات غير مضيافة على الأرض، مثل المساعدة في إيقاف تشغيل محطات الطاقة النووية. وقال هيل إن الهدف النهائي المتمثل في إنشاء نظام مستقل بالكامل للروبوتات المتطورة التي تقوم بمهمة في العالم الحقيقي لا يزال على بعد عدة عقود من الزمن، على الرغم من أنه في الوقت نفسه، لا تزال هناك بعض الجوانب إن تنفيذ هذا المشروع - مثل استخدام الخوارزميات الجينية، على حد تعبير وينفيلد، "لتطوير مجموعة غير متجانسة" من الروبوتات - سوف يحقق تقدمًا مفيدًا أقرب إلى بيت.

وكجزء من المشروع، يخطط الفريق لإصدار أعماله بطريقة مفتوحة المصدر، حتى يتمكن الآخرون من بناء EvoSpheres إذا أرادوا ذلك. "تخيل هذا كنوع من المعادل لمسرع الجسيمات، باستثناء ذلك، بدلا من الدراسة "الجزيئات الأولية، نحن ندرس التطور المشترك بين الدماغ والجسم وكل جوانب ذلك." قال.

أما بالنسبة للجدول الزمني للروبوتات ذاتية التكاثر في الفضاء، فمن المرجح أن يستغرق وقتًا طويلاً بعد تقاعده. هل يتوقع الوقت الذي سيكون لدينا فيه مستعمرات من الروبوتات الفضائية ذاتية التكاثر؟ نعم، مع التحذيرات. "إن حقيقة أنك ترسل هذا النظام إلى كوكب به إمدادات محدودة من الإلكترونيات، وإمدادات محدودة من أجهزة الاستشعار، والإمداد المحدود من المحركات يعني أن الشيء لا يمكن أن يهرب لأن هذه الموارد محدودة قال. "سوف تتضاءل هذه الموارد لأن الأجزاء ستفشل بمرور الوقت، لذا، بمعنى ما، لديك وقت مدمج الحد بسبب حقيقة أن هذه المكونات ستفشل جميعها في النهاية، بما في ذلك RoboFabs أنفسهم."

لقد كان حريصًا على توضيح "جانب السلامة" هذا للمشروع، والذي من المفترض أن يظل موجودًا طالما لم يعد موجودًا. من الممكن للروبوتات جمع المواد من المناطق المحيطة بها واستخدامها لطباعة مكونات الأعضاء الحيوية ثلاثية الأبعاد.

وقال: "السبب الذي يجعلنا نفضل النهج الذي يحتوي على جزء مركزي من الأجهزة هو أنه من السهل إيقاف العملية، ومن السهل قتل العملية". "ما لا نريد أن ينتهي بنا الأمر إليه هو الإبداع عن غير قصد مكررات فون نيومان. ستكون تلك فكرة سيئة للغاية."

توصيات المحررين

• مستقبل الأتمتة: الروبوتات قادمة، لكنها لن تأخذ وظيفتك
• الأطراف الاصطناعية التي لا تتطلب ممارسة: داخل أحدث اختراق في مجال الإلكترونيات الإلكترونية
• تعمل هذه الروبوتات على إزالة الأعشاب الضارة حتى الموت حتى لا يحتاج المزارعون إلى مبيدات الأعشاب الكيميائية
• طنين جدا للقيادة؟ لا تقلق - سوف يقودك شريط السيارة المستقل هذا إليك
• هناك مكبر EMP عملاق في نيو مكسيكو. لا تقلق، إنه هنا لحمايتنا