Vyvíjející se, samoreprodukující se roboti připraveni kolonizovat vesmír

„Snažíme se, chcete-li, vymyslet zcela nový způsob navrhování robotů, který nevyžaduje, aby navrhování skutečně dělali lidé,“ řekl Alan Winfield. „Vyvíjíme stroj nebo robot ekvivalent umělé selekce způsobem, jakým to dělají farmáři děláme nejen po staletí, ale po tisíciletí... To, co nás zajímá, je šlechtění robotů. Myslím to doslova."

Winfield, který pracuje se softwarem a robotickými systémy od počátku 80. let, je profesorem kognitivní robotiky v Bristol Robotics Lab na University of the West of England (UWE). Je také jedním z mozků za Vývoj autonomních robotů (ARE) projekt, víceleté úsilí realizované UWE, University of York, Edinburgh Napier University, University of Sunderland a Vrije Universiteit Amsterdam. Jeho tvůrci doufají, že změní způsob, jakým jsou roboti navrhováni a stavěni. A to vše díky vypůjčení stránky z evoluční biologie.

Koncept ARE je, alespoň hypoteticky, jednoduchý. Kolik sci-fi filmů vás napadne o tom, kde na planetě přistane skupina neohrožených průzkumníků a navzdory jejich nejlepším pokusům o plánování se ocitnou zcela nepřipraveni na cokoliv setkání? To je realita pro všechny nehostinné scénáře, ve kterých bychom mohli chtít poslat roboty, zvláště když tito místa mohou být vzdálená desítky milionů mil, jako je tomu v případě průzkumu a možného osídlení jiných planety. V současné době roboti jako např

Mars vozítka jsou postaveny na Zemi podle našich očekávání ohledně toho, co najdou, až dorazí. Toto je přístup robotistů, protože žádná jiná možnost není k dispozici.

Ale co kdyby bylo možné nasadit miniaturní továrnu svého druhu — skládající se ze speciálního softwaru, 3D tiskáren, robotických ramen a další montážní zařízení – které dokázalo vyrobit nové druhy zakázkových robotů na základě jakýchkoliv podmínek přistání? Tyto roboty lze zdokonalovat jak podle faktorů prostředí, tak podle úkolů, které se od nich vyžadují. A co víc, pomocí kombinace reálného světa a výpočetní evoluce by po sobě jdoucí generace těchto robotů mohly být v těchto výzvách ještě lepší. Na tom pracuje tým Autonomous Robot Evolution.

„Myšlenka je taková, že to, co přistanete na planetě, není hromada robotů, je to ve skutečnosti hromada RoboFabů,“ Winfield řekl Digital Trends s odkazem na výrobce robotů ARE, kterými on a jeho tým vyšetřovatelů jsou budova. „Roboti, které pak RoboFab vyrábí, jsou doslova testovány na skutečné planetě prostředí a velmi rychle zjistíte, které z nich budou úspěšné a které nejsou."

Matt Hale, postdoc v Bristol Robotics Lab, který staví RoboFab a navrhuje proces, kterým vyrábí fyzické roboty, řekl Digital Trendy: „Klíčovým rysem pro mě je, že bude vytvořen fyzický robot, který nebyl navržen člověkem, ale místo toho automaticky evolučním algoritmus. Chování tohoto jedince ve fyzickém světě se navíc vrátí zpět do evolučního algoritmu, a tak pomůže diktovat, jaké roboty budou dále vyráběny.

Vítejte v EvoSphere

Napodobování evolučních procesů prostřednictvím softwaru je koncept, který byl zkoumán přinejmenším ve 40. letech 20. století, tedy ve stejném desetiletí. který ENIAC, 32tunový kolos, který byl prvním programovatelným, univerzálním elektronickým digitálním počítačem na světě, byl poprvé spuštěn. čas. V posledních letech tohoto desetiletí matematik John von Neumann navrhl, že umělý stroj by mohl být postavený tak, aby byl schopen sebereplikace – což znamená, že by vytvářel své kopie, které pak mohly vytvářet další kopie.

Von Neumannův koncept, který předcházel umělou inteligenci o více než půl desetiletí, byl revoluční. Podnítilo to zájem o obor, který vešel ve známost jako Artificial Life, neboli ALife, což je kombinace počítačů. věda a biochemie, která se pokouší simulovat přirozený život a evoluci pomocí počítače simulace.

Evoluční algoritmy ukázaly skutečný příslib skutečného světa. Například genetický algoritmus vytvořený bývalým vědcem NASA a inženýrem Google Jasonem Lohnem byl použit k návrhu satelitních komponent používaných na skutečných vesmírných misích NASA. "Byl jsem fascinován silou přírodního výběru," řekl mi Lohn pro mou knihu Myslící stroje. Co bylo šokující na Lohnově satelitní komponentě, která byla algoritmem iterována přes mnoho generace, je, že nejen že fungoval lépe než jakýkoli lidský design, ale byl pro něj naprosto nepochopitelný jim také. Lohn si vzpomněl, že součástka vypadala jako „ohnutá kancelářská sponka“.

To je to, z čeho je tým ARE nadšený – že roboti, kteří mohou být vytvořeni pomocí tohoto evolučního procesu, by mohli být optimalizováni způsobem, o kterém se žádnému lidskému tvůrci ani nesnilo. "I když známe prostředí dokonale, umělá evoluce může přijít s řešeními, která jsou tak nová, že by o nich žádného člověka ani nenapadlo," řekl Winfield.

Projekt ARE má dvě hlavní části "EvoSphere." Softwarový aspekt se nazývá Ecosystem Manager. Winfield řekl, že je zodpovědný za určování, „které roboty se spojí“. Tento proces párování využívá evoluční algoritmy k neuvěřitelně rychlé iteraci nových generací robotů. Softwarový proces odfiltruje všechny roboty, kteří by mohli být zjevně neživotaschopní, ať už kvůli výrobním problémům nebo zjevně chybným návrhům, jako je robot, který se objeví naruby. „Dětští“ roboti se učí v kontrolovaném virtuálním prostředí, kde bude úspěch odměněn. Ti nejúspěšnější pak mají svůj genetický kód k dispozici pro reprodukci.

Nejslibnější kandidáti jsou předáni RoboFab k sestavení a testování. RoboFab se skládá z 3D tiskárny (jedna v aktuálním modelu, případně tři), která vytiskne kostru robota, než ji předá robotovi. paži k připevnění toho, co Winfield nazývá „orgány“. Jedná se o kola, CPU, světelné senzory, servomotory a další součásti, které nelze snadno 3D tiskem. Nakonec robotické rameno připojí každý orgán k hlavnímu tělu a dokončí robota.

"Nebudu příliš technický, ale je tu problém s evolucí v simulaci, kterou nazýváme mezera v realitě," řekl Winfield. „To znamená, že věci, které se vyvíjejí výhradně v simulaci, obecně nefungují příliš dobře, když je zkoušíte spustit v reálném světě. [Důvodem je] protože simulace je zjednodušení, je to abstrakce skutečného světa. Nemůžete simulovat skutečný svět se 100% věrností při omezeném výpočetním rozpočtu.“

Ať se snažíte, jak chcete, je těžké simulovat skutečnou dynamiku skutečného světa. Například lokomoce, která funguje teoreticky, nemusí fungovat v chaotické realitě. Senzory nemusí poskytovat typ čistých hodnot dostupných v simulaci, ale spíše fuzzy aproximace informací.

Spojením softwaru a hardwaru do smyčky zpětné vazby se výzkumníci ARE domnívají, že možná udělali velký krok k vyřešení tohoto problému. Jak se fyzické roboty pohybují, jejich úspěchy a neúspěchy mohou být vráceny zpět do softwaru Ecosystem Manager, což zajišťuje, že další generace robotů bude ještě lépe přizpůsobena.

Riziko neúmyslných replikátorů

„Velkou nadějí je, že někdy během příštích 12 měsíců budeme moci stisknout tlačítko Start a vidět celý tento proces běžící automaticky,“ řekl Winfield.

To však nebude ve vesmíru. Zpočátku se aplikace pro tento výzkum spíše zaměří na nehostinné scénáře na Zemi, jako je pomoc při vyřazování jaderných elektráren z provozu. Hale řekl, že konečný cíl „plně autonomního systému pro vyvíjející se roboty, kteří vykonávají úkoly v reálném světě, je vzdálený několik desetiletí“, i když mezitím tohoto projektu – jako je použití genetických algoritmů k, slovy Winfielda, „vyvinout heterogenní populaci“ robotů – přiblíží užitečné pokroky Domov.

V rámci projektu tým plánuje vydat svá díla open-source způsobem, takže ostatní mohou stavět EvoSpheres, pokud chtějí. „Představte si to jako jakýsi ekvivalent urychlovače částic, až na to, že místo studia elementárních částic, studujeme koevoluci mozku a těla a všechny její aspekty,“ Winfield řekl.

Pokud jde o časovou osu samoreprodukujících se robotů ve vesmíru, pravděpodobně to bude dlouho po jeho odchodu do důchodu. Předvídá dobu, kdy budeme mít kolonie vesmírných robotů, kteří se sami replikují? Ano, s výhradami. "Skutečnost, že posíláte tento systém na planetu s omezenou zásobou elektroniky, omezenou zásobou." senzory, omezená nabídka motorů znamená, že věc nemůže utéct, protože to jsou omezené zdroje,“ řekl řekl. „Tyto zdroje budou ubývat, protože části časem selžou, takže v jistém smyslu máte zabudovaný čas limit kvůli skutečnosti, že tyto komponenty nakonec selžou všechny – včetně RoboFabů oni sami."

Chtěl objasnit tento „bezpečnostní aspekt“ projektu, který bude pravděpodobně existovat tak dlouho, dokud nebude Roboti mohou sklízet materiály ze svého okolí a používat je k 3D tisku důležitých součástí orgánů.

„Důvod, proč preferujeme přístup, který má centralizovaný kousek hardwaru, je ten, že je snadné proces zastavit, je snadné proces zabít,“ řekl. „S čím nechceme skončit, je neúmyslné vytváření von Neumannovy replikátory. To by byl velmi špatný nápad."

Doporučení redakce

• Budoucnost automatizace: Roboti přicházejí, ale nevezmou vám práci
• Protetika, která nevyžaduje praxi: Uvnitř nejnovějšího průlomu v bionice
• Tito roboti tasují plevel k smrti, takže farmáři nepotřebují chemické herbicidy
• Jste příliš bzučení na řízení? Nebojte se – tento autonomní bar dojede až k vám
• V Novém Mexiku je obří EMP blaster. Nebojte se, je to tady, aby nás chránilo