Развиващи се, самовъзпроизвеждащи се роботи, готови да колонизират космоса

„Опитваме се, ако желаете, да изобретим напълно нов начин за проектиране на роботи, който не изисква хората всъщност да правят дизайна“, каза Алън Уинфийлд. „Ние разработваме еквивалент на машина или робот на изкуствена селекция по начина, по който фермерите са правили не само от векове, но и от хилядолетия... Това, от което се интересуваме, е размножаването роботи. Имам предвид това буквално.

Уинфийлд, който работи със софтуер и роботизирани системи от началото на 80-те години на миналия век, е професор по когнитивна роботика в лабораторията по роботика в Бристол към Университета на Западна Англия (UWE). Той е и един от мозъците зад Автономна еволюция на роботи (ARE), многогодишно усилие, извършено от UWE, Университета на Йорк, Единбургския университет Напиер, Университета на Съндърланд и Vrije Universiteit Amsterdam. Създателите му се надяват, че ще промени начина, по който роботите се проектират и изграждат. И всичко това е благодарение на заемането на страница от еволюционната биология.

Концепцията зад ARE е, поне хипотетично, проста. За колко научнофантастични филма се сещате, където група смели изследователи кацат на планета и въпреки най-добрите им опити да планират, се оказват напълно неподготвени за каквото и да било сблъскване? Това е реалността за всеки от негостоприемните сценарии, в които бихме искали да изпратим роботи, особено когато тези местата могат да бъдат на десетки милиони мили, какъвто е случаят с изследването и възможното обитаване на други планети. В момента роботи като Марсоходите са построени на Земята, според нашите очаквания за това какво ще намерят, когато пристигнат. Това е подходът на роботиците, защото, добре, няма друга налична опция.

Но какво, ако беше възможно да се разгърне нещо като миниатюрна фабрика - състояща се от специален софтуер, 3D принтери, роботизирани ръце и друго оборудване за сглобяване - което е в състояние да произвежда нови видове персонализирани роботи въз основа на каквито и да е условия кацане? Тези роботи могат да бъдат усъвършенствани според факторите на околната среда и задачите, които се изискват от тях. Нещо повече, използвайки комбинация от реална и изчислителна еволюция, последователните поколения от тези роботи могат да бъдат направени още по-добри при тези предизвикателства. Това е, върху което работи екипът на Autonomous Robot Evolution.

„Идеята е, че това, което кацате на планетата, не е куп роботи, а всъщност куп RoboFabs,“ Уинфийлд каза пред Digital Trends, имайки предвид производителите на роботи ARE, които той и неговият екип от изследователи са сграда. „Роботите, които след това се произвеждат от RoboFabs, са буквално тествани в реална планета среда и много бързо разбирате кои от тях ще бъдат успешни и кои не са."

Мат Хейл, постдоктор в Бристолската лаборатория по роботика, който изгражда RoboFab и проектира процеса, чрез който произвежда физически роботи, каза за Digital Тенденции: „Ключовата характеристика за мен е, че ще бъде създаден физически робот, който не е проектиран от човек, а вместо това автоматично от еволюцията алгоритъм. Освен това, поведението на този индивид във физическия свят ще се върне обратно към еволюционния алгоритъм и така ще помогне да се диктува какви роботи да бъдат произведени по-нататък.

Добре дошли в EvoSphere

Имитирането на еволюционни процеси чрез софтуер е концепция, която е изследвана поне през 40-те години на миналия век, същото десетилетие в който ENIAC, 32-тонен колос, който беше първият в света програмируем електронен цифров компютър с общо предназначение, беше запален за първи път време. В последните години на това десетилетие математикът Джон фон Нойман предположи, че една изкуствена машина може да бъде създаден, който може да се самовъзпроизвежда - което означава, че ще създаде копия на себе си, които след това могат да създадат повече копия.

Концепцията на Фон Нойман, която предшества изкуствения интелект с повече от половин десетилетие, беше революционна. Той предизвика интерес към областта, която стана известна като изкуствен живот или ALife, комбинация от компютърни наука и биохимия, които се опитват да симулират естествения живот и еволюцията чрез използването на компютър симулации.

Еволюционните алгоритми показаха истинско обещание в реалния свят. Например, генетичен алгоритъм, създаден от бивш учен от НАСА и инженер на Google Джейсън Лон, е използван за проектиране на сателитни компоненти, използвани в действителни космически мисии на НАСА. „Бях очарован от силата на естествения подбор“, каза Лон за моята книга Мислещи машини. Какво беше шокиращото в сателитния компонент на Lohn, който беше повторен от алгоритъма през много поколения, е, че той не само работеше по-добре от всеки човешки дизайн, но беше напълно неразбираем за те също. Лон си спомни компонента, който изглеждаше като „изгънат кламер“.

Това е, от което екипът на ARE се вълнува — че роботите, които могат да бъдат създадени с помощта на този еволюционен процес, могат да се окажат оптимизирани по начин, за който никой човешки създател не би могъл да мечтае. „Дори когато познаваме околната среда перфектно, изкуствената еволюция може да предложи решения, които са толкова нови, че никой човек не би се сетил за тях“, каза Уинфийлд.

Има две основни части на проекта ARE "EvoSphere." Софтуерният аспект се нарича екосистемен мениджър. Уинфийлд каза, че е отговорен за определянето на „кои роботи да бъдат чифтосани“. Този процес на чифтосване използва еволюционни алгоритми за итериране на нови поколения роботи невероятно бързо. Софтуерният процес филтрира всички роботи, които може да са очевидно нежизнеспособни или поради производствени предизвикателства, или поради очевидно дефектен дизайн, като например робот, който изглежда обърнат отвътре навън. „Децата“ роботи учат в контролирана виртуална среда, където успехът ще бъде възнаграден. След това най-успешните имат техния генетичен код, предоставен за възпроизвеждане.

Най-обещаващите кандидати се предават на RoboFab за изграждане и тестване. RoboFab се състои от 3D принтер (един в настоящия модел, три в крайна сметка), който отпечатва скелета на робота, преди да го предаде на робота ръка, за да прикрепите това, което Уинфийлд нарича „органите“. Те се отнасят до колела, процесори, светлинни сензори, серво мотори и други компоненти, които не могат да бъдат лесно 3D-отпечатан. И накрая, ръката на робота свързва всеки орган към основното тяло, за да завърши робота.

„Няма да влизам твърде технически, но има проблем с еволюцията в симулацията, който наричаме пропаст в реалността“, каза Уинфийлд. „Това означава, че неща, които са разработени изключително в симулация, обикновено не работят много добре, когато се опитате да ги стартирате в реалния свят. [Причината за това е] защото симулацията е опростяване, тя е абстракция на реалния свят. Не можете да симулирате реалния свят със 100% вярност при ограничен компютърен бюджет.“

Колкото и да се опитвате, трудно е да симулирате действителната динамика на реалния свят. Например придвижването, което работи на теория, може да не работи в обърканата реалност. Сензорите може да не осигурят вида чисти показания, налични в симулацията, а по-скоро размити приближения на информацията.

Чрез комбиниране на софтуер и хардуер в обратна връзка, изследователите на ARE смятат, че може да са направили голяма крачка към решаването на този проблем. Докато физическите роботи пътуват наоколо, техните успехи и неуспехи могат да бъдат върнати обратно към софтуера на Ecosystem Manager, като се гарантира, че следващото поколение роботи са още по-добре адаптирани.

Рискът от неволни репликатори

„Голямата надежда е, че по някое време през следващите 12 месеца ще можем да натиснем бутона за стартиране и да видим целия този процес да работи автоматично“, каза Уинфийлд.

Това обаче няма да е в космоса. Първоначално е по-вероятно приложенията за това изследване да се съсредоточат върху негостоприемни сценарии на Земята, като например помощ за извеждане от експлоатация на атомни електроцентрали. Хейл каза, че крайната цел на „напълно автономна система за развиващи се роботи, изпълняващи задача в реалния свят, е след няколко десетилетия“, въпреки че междувременно аспектите на този проект - като използването на генетични алгоритми за, по думите на Уинфийлд, "развиване на хетерогенна популация" от роботи - ще направи полезния напредък по-близо до У дома.

Като част от проекта екипът планира да пусне произведенията си по начин с отворен код, така че други да могат да създават EvoSpheres, ако искат. „Представете си това като един вид еквивалент на ускорител на частици, с изключение на това, че вместо да изучавате елементарни частици, ние изучаваме коеволюцията мозък-тяло и всички аспекти на това“, Уинфийлд казах.

Що се отнася до тази времева линия на самовъзпроизвеждащи се роботи в космоса, вероятно ще бъде дълго след като той се пенсионира. Предвижда ли той време, в което ще имаме колонии от самовъзпроизвеждащи се космически роботи? Да, с уговорки. „Фактът, че изпращате тази система на планета с ограничено количество електроника, ограничено количество сензори, ограниченото предлагане на двигатели означава, че нещото не може да избяга, защото това са крайни ресурси“, той казах. „Тези ресурси ще намалеят, защото частите ще се повредят с времето, така че в известен смисъл имате вградено време ограничение поради факта, че всички тези компоненти в крайна сметка ще се провалят - включително RoboFabs себе си.”

Той искаше да изясни този „аспект на безопасността“ на проекта, който вероятно ще съществува толкова дълго, колкото не възможно за роботите да събират материали от заобикалящата ги среда и да ги използват за 3D отпечатване на критични компоненти на органи.

„Причината, поради която предпочитаме подхода, който има централизирана част от хардуера, е, че е лесно да спрете процеса, лесно е да убиете процеса“, каза той. „Това, което не искаме да завършим, е неволно създаване репликатори на фон Нойман. Това би било много лоша идея.

Препоръки на редакторите

• Бъдещето на автоматизацията: Роботите идват, но те няма да вземат вашата работа
• Протези, които не изискват практика: в най-новия пробив в биониката
• Тези роботи унищожават плевелите до смърт, така че фермерите нямат нужда от химически хербициди
• Твърде бръмчи за шофиране? Не се притеснявайте – този автономен автомобил-бар ще стигне до вас
• В Ню Мексико има гигантски EMP бластер. Не се притеснявайте, тук е, за да ни защити