Εξελισσόμενα, αυτοαναπαραγόμενα ρομπότ έτοιμα να αποικίσουν το διάστημα

«Προσπαθούμε να εφεύρουμε, αν θέλετε, έναν εντελώς νέο τρόπο σχεδίασης ρομπότ που δεν απαιτεί από τον άνθρωπο να κάνει πραγματικά το σχεδιασμό», είπε. Άλαν Γουίνφιλντ. «Αναπτύσσουμε τη μηχανή ή το ρομπότ ισοδύναμο της τεχνητής επιλογής με τον τρόπο που κάνουν οι αγρότες κάνουμε όχι μόνο για αιώνες, αλλά για χιλιετίες… Αυτό που μας ενδιαφέρει είναι η αναπαραγωγή ρομπότ. Το εννοώ κυριολεκτικά».

Ο Winfield, ο οποίος εργάζεται με λογισμικό και ρομποτικά συστήματα από τις αρχές της δεκαετίας του 1980, είναι καθηγητής Γνωστικής Ρομποτικής στο Bristol Robotics Lab στο Πανεπιστήμιο της Δυτικής Αγγλίας (UWE). Είναι επίσης ένας από τους εγκεφάλους πίσω από το Αυτόνομη Εξέλιξη Ρομπότ (ARE), μια πολυετή προσπάθεια που πραγματοποιήθηκε από το UWE, το Πανεπιστήμιο του York, το Πανεπιστήμιο Napier του Εδιμβούργου, το Πανεπιστήμιο του Sunderland και το Vrije Universiteit Amsterdam. Οι δημιουργοί του ελπίζουν ότι θα αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζονται και κατασκευάζονται τα ρομπότ. Και όλα αυτά χάρη στο δανεισμό μιας σελίδας από την εξελικτική βιολογία.

Η ιδέα πίσω από το ARE είναι, τουλάχιστον υποθετικά, απλή. Πόσες ταινίες επιστημονικής φαντασίας μπορείτε να σκεφτείτε πού προσγειώνεται μια ομάδα ατρόμητων εξερευνητών σε έναν πλανήτη και, παρά τις καλύτερες προσπάθειές τους στον προγραμματισμό, βρίσκονται εντελώς απροετοίμαστοι για οτιδήποτε συνάντηση? Αυτή είναι η πραγματικότητα για οποιοδήποτε από τα αφιλόξενα σενάρια στα οποία μπορεί να θέλουμε να στείλουμε ρομπότ, ειδικά όταν αυτά μέρη θα μπορούσαν να απέχουν δεκάδες εκατομμύρια μίλια, όπως συμβαίνει με την εξερεύνηση και την πιθανή κατοίκηση άλλων πλανήτες. Επί του παρόντος, ρομπότ όπως το Ρόβερ του Άρη είναι χτισμένα στη Γη, σύμφωνα με τις προσδοκίες μας για το τι θα βρουν όταν φτάσουν. Αυτή είναι η προσέγγιση που ακολουθούν οι ρομποτικοί επειδή, καλά, δεν υπάρχει άλλη διαθέσιμη επιλογή.

Τι θα γινόταν όμως αν ήταν δυνατό να αναπτυχθεί ένα μικροσκοπικό εργοστάσιο – που αποτελείται από ειδικό λογισμικό, τρισδιάστατους εκτυπωτές, βραχίονες ρομπότ και άλλος εξοπλισμός συναρμολόγησης — που ήταν σε θέση να κατασκευάσει νέα είδη προσαρμοσμένων ρομπότ με βάση τις όποιες συνθήκες βρήκε προσγείωση? Αυτά τα ρομπότ θα μπορούσαν να βελτιωθούν ανάλογα τόσο με περιβαλλοντικούς παράγοντες όσο και με τα καθήκοντα που απαιτούνται από αυτά. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό πραγματικού κόσμου και υπολογιστικής εξέλιξης, οι διαδοχικές γενιές αυτών των ρομπότ θα μπορούσαν να γίνουν ακόμα καλύτερες σε αυτές τις προκλήσεις. Σε αυτό εργάζεται η ομάδα Autonomous Robot Evolution.

«Η ιδέα είναι ότι αυτό που προσγειώνετε στον πλανήτη δεν είναι ένα μάτσο ρομπότ, είναι στην πραγματικότητα ένα σωρό RoboFabs». Ο Winfield είπε στο Digital Trends, αναφερόμενος στους κατασκευαστές ρομπότ ARE που είναι αυτός και η ομάδα των ερευνητών του Κτίριο. «Τα ρομπότ που παράγονται στη συνέχεια από τα RoboFabs δοκιμάζονται κυριολεκτικά στον πραγματικό πλανήτη περιβάλλον και, πολύ γρήγορα, καταλαβαίνετε ποια θα είναι επιτυχημένα και ποια δεν είναι."

Ματ Χέιλ, μεταδιδακτορικός στο Bristol Robotics Lab που κατασκευάζει το RoboFab και σχεδιάζει τη διαδικασία με την οποία κατασκευάζει φυσικά ρομπότ, είπε στην Digital Τάσεις: «Το βασικό χαρακτηριστικό για μένα είναι ότι θα δημιουργηθεί ένα φυσικό ρομπότ που δεν σχεδιάστηκε από κάποιο άτομο, αλλά αντ' αυτού αυτόματα από τον εξελικτικό αλγόριθμος. Επιπλέον, η συμπεριφορά αυτού του ατόμου στον φυσικό κόσμο θα ανατροφοδοτήσει τον εξελικτικό αλγόριθμο και έτσι θα βοηθήσει στην υπαγόρευση των ρομπότ που θα παραχθούν στη συνέχεια».

Καλώς ήρθατε στο EvoSphere

Η μίμηση εξελικτικών διαδικασιών μέσω λογισμικού είναι μια έννοια που έχει διερευνηθεί τουλάχιστον από τη δεκαετία του 1940, την ίδια δεκαετία στο τον οποίο ο ENIAC, ένας κολοσσός 32 τόνων που ήταν ο πρώτος προγραμματιζόμενος ηλεκτρονικός ψηφιακός υπολογιστής γενικής χρήσης στον κόσμο, πυροδοτήθηκε για την πρώτη χρόνος. Τα τελευταία χρόνια εκείνης της δεκαετίας, ο μαθηματικός John von Neumann πρότεινε ότι μια τεχνητή μηχανή μπορεί να κατασκευάστηκε που μπορούσε να αυτοαναπαραχθεί — που σημαίνει ότι θα δημιουργούσε αντίγραφα του εαυτού του, τα οποία θα μπορούσαν στη συνέχεια να δημιουργήσουν περισσότερα αντίγραφα.

Η ιδέα του Von Neumann, η οποία προϋπήρχε της τεχνητής νοημοσύνης για περισσότερο από μισή δεκαετία, ήταν επαναστατική. Κέντρισε το ενδιαφέρον στον τομέα που έγινε γνωστός ως Τεχνητή Ζωή ή ALLife, ένας συνδυασμός υπολογιστή επιστήμη και βιοχημεία που επιχειρεί να προσομοιώσει τη φυσική ζωή και την εξέλιξη μέσω της χρήσης υπολογιστή προσομοιώσεις.

Οι εξελικτικοί αλγόριθμοι έχουν δείξει γνήσια υπόσχεση στον πραγματικό κόσμο. Για παράδειγμα, ένας γενετικός αλγόριθμος που δημιουργήθηκε από τον πρώην επιστήμονα της NASA και μηχανικό της Google, Jason Lohn, χρησιμοποιήθηκε για να σχεδιάσει δορυφορικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται σε πραγματικές διαστημικές αποστολές της NASA. «Με γοήτευσε η δύναμη της φυσικής επιλογής», μου είπε ο Λον για το βιβλίο μου Μηχανές Σκέψης. Τι ήταν συγκλονιστικό για το στοιχείο του δορυφόρου του Lohn, το οποίο επαναλήφθηκε από τον αλγόριθμο σε πολλούς γενιές, είναι ότι όχι μόνο λειτούργησε καλύτερα από οποιοδήποτε ανθρώπινο σχέδιο, αλλά ήταν εντελώς ακατανόητο τους επίσης. Ο Λον θυμήθηκε ότι το εξάρτημα έμοιαζε με «λυγισμένο συνδετήρα».

Αυτό είναι που η ομάδα ARE είναι ενθουσιασμένη με το ότι τα ρομπότ που μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας αυτήν την εξελικτική διαδικασία θα μπορούσαν να αποδειχθούν βελτιστοποιημένα με τρόπο που κανένας άνθρωπος δημιουργός δεν θα μπορούσε ποτέ να ονειρευτεί. «Ακόμη και όταν γνωρίζουμε τέλεια το περιβάλλον, η τεχνητή εξέλιξη μπορεί να βρει λύσεις που είναι τόσο πρωτότυπες που κανένας άνθρωπος δεν θα τις είχε σκεφτεί», είπε ο Winfield.

Υπάρχουν δύο κύρια μέρη του έργου ARE "EvoSphere." Η πτυχή του λογισμικού ονομάζεται Ecosystem Manager. Η Winfield είπε ότι είναι υπεύθυνη για τον προσδιορισμό «ποια ρομπότ πρέπει να ζευγαρωθούν». Αυτή η διαδικασία ζευγαρώματος χρησιμοποιεί εξελικτικούς αλγόριθμους για να επαναλάβει απίστευτα γρήγορα νέες γενιές ρομπότ. Η διαδικασία λογισμικού φιλτράρει όλα τα ρομπότ που μπορεί να είναι προφανώς μη βιώσιμα, είτε λόγω προκλήσεων κατασκευής είτε λόγω προφανώς ελαττωματικών σχεδίων, όπως ένα ρομπότ που εμφανίζεται μέσα προς τα έξω. Τα «παιδιά» ρομπότ μαθαίνουν σε ένα ελεγχόμενο εικονικό περιβάλλον όπου η επιτυχία θα ανταμείβεται. Οι πιο επιτυχημένοι έχουν στη συνέχεια τον γενετικό τους κώδικα διαθέσιμο για αναπαραγωγή.

Οι πιο υποσχόμενοι υποψήφιοι περνούν στο RoboFab για κατασκευή και δοκιμή. Το RoboFab αποτελείται από έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή (ένας στο τρέχον μοντέλο, τρεις τελικά) που εκτυπώνει τον σκελετό του ρομπότ, πριν τον παραδώσει στο ρομπότ βραχίονα για να προσαρτήσετε αυτό που ο Winfield αποκαλεί «τα όργανα». Αυτά αναφέρονται στους τροχούς, τους CPU, τους αισθητήρες φωτός, τους σερβοκινητήρες και άλλα εξαρτήματα που δεν μπορούν να είναι εύκολα τρισδιάστατη εκτύπωση. Τέλος, ο βραχίονας ρομπότ συνδέει κάθε όργανο στο κύριο σώμα για να ολοκληρώσει το ρομπότ.

«Δεν θα γίνω πολύ τεχνικός, αλλά υπάρχει ένα πρόβλημα με την εξέλιξη στην προσομοίωση που ονομάζουμε χάσμα πραγματικότητας», είπε ο Winfield. «Σημαίνει ότι τα πράγματα που εξελίσσονται αποκλειστικά στην προσομοίωση γενικά δεν λειτουργούν πολύ καλά όταν προσπαθείτε να τα εκτελέσετε στον πραγματικό κόσμο. [Ο λόγος για αυτό είναι] επειδή μια προσομοίωση είναι μια απλοποίηση, είναι μια αφαίρεση του πραγματικού κόσμου. Δεν μπορείτε να προσομοιώσετε τον πραγματικό κόσμο με 100% πιστότητα σε περιορισμένο υπολογιστικό προϋπολογισμό.»

Όσο και να προσπαθήσετε, είναι δύσκολο να προσομοιώσετε την πραγματική δυναμική του πραγματικού κόσμου. Για παράδειγμα, η κίνηση που λειτουργεί στη θεωρία μπορεί να μην λειτουργεί στη βρώμικη πραγματικότητα. Οι αισθητήρες μπορεί να μην παρέχουν το είδος των καθαρών μετρήσεων που είναι διαθέσιμες στην προσομοίωση, αλλά μάλλον ασαφείς προσεγγίσεις των πληροφοριών.

Συνδυάζοντας τόσο το λογισμικό όσο και το υλικό σε έναν βρόχο ανατροφοδότησης, οι ερευνητές της ARE πιστεύουν ότι μπορεί να έχουν κάνει ένα μεγάλο βήμα προς την επίλυση αυτού του προβλήματος. Καθώς τα φυσικά ρομπότ ταξιδεύουν, οι επιτυχίες και οι αποτυχίες τους μπορούν να ανατροφοδοτηθούν στο λογισμικό Ecosystem Manager, διασφαλίζοντας ότι η επόμενη γενιά ρομπότ είναι ακόμη καλύτερα προσαρμοσμένη.

Ο κίνδυνος ακούσιων αντιγραφέων

«Η μεγάλη ελπίδα είναι ότι κάποια στιγμή μέσα στους επόμενους 12 μήνες περίπου, θα μπορούμε να πατήσουμε το κουμπί έναρξης και να δούμε όλη αυτή τη διαδικασία να εκτελείται αυτόματα», είπε ο Winfield.

Ωστόσο, αυτό δεν θα είναι στο διάστημα. Αρχικά, οι εφαρμογές για αυτήν την έρευνα είναι πιο πιθανό να επικεντρώσουν 0n αφιλόξενα σενάρια στη Γη, όπως η βοήθεια στον παροπλισμό πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Ο Χέιλ είπε ότι ο απώτερος στόχος ενός «πλήρως αυτόνομου συστήματος για εξελισσόμενα ρομπότ που κάνουν μια εργασία στον πραγματικό κόσμο είναι αρκετές δεκαετίες μακριά», αν και στο μεταξύ, πτυχές αυτού του έργου —όπως η χρήση γενετικών αλγορίθμων για, σύμφωνα με τα λόγια του Winfield, «εξέλιξη ενός ετερογενούς πληθυσμού» ρομπότ— θα κάνει χρήσιμες προόδους πιο κοντά στο Σπίτι.

Ως μέρος του έργου, η ομάδα σχεδιάζει να κυκλοφορήσει τα έργα της με τρόπο ανοιχτού κώδικα, ώστε άλλοι να μπορούν να δημιουργήσουν EvoSpheres αν θέλουν. «Φανταστείτε αυτό ως ένα είδος ισοδύναμου επιταχυντή σωματιδίων, με τη διαφορά ότι, αντί να μελετήσετε στοιχειώδη σωματίδια, μελετάμε τη συνεξέλιξη εγκεφάλου-σώματος και όλες τις πτυχές αυτής», Winfield είπε.

Όσο για αυτό το χρονοδιάγραμμα των αυτοαναπαραγόμενων ρομπότ στο διάστημα, είναι πιθανό να περάσει πολύς καιρός μετά τη συνταξιοδότησή του. Προβλέπει μια στιγμή κατά την οποία θα έχουμε αποικίες αυτοαναπαραγόμενων διαστημικών ρομπότ; Ναι, με επιφυλάξεις. «Το γεγονός ότι στέλνετε αυτό το σύστημα σε έναν πλανήτη με περιορισμένο απόθεμα ηλεκτρονικών, περιορισμένο απόθεμα αισθητήρες, περιορισμένη παροχή κινητήρων σημαίνει ότι το πράγμα δεν μπορεί να ξεφύγει επειδή πρόκειται για πεπερασμένους πόρους», είπε είπε. «Αυτοί οι πόροι θα μειωθούν επειδή τα εξαρτήματα θα αποτύχουν με την πάροδο του χρόνου, επομένως, κατά μία έννοια, έχετε έναν ενσωματωμένο χρόνο όριο λόγω του γεγονότος ότι αυτά τα στοιχεία τελικά θα αποτύχουν όλα — συμπεριλαμβανομένων των RoboFabs τους εαυτούς τους."

Ήταν πρόθυμος να καταστήσει σαφές αυτή την «παράσταση ασφάλειας» του έργου, η οποία, κατά πάσα πιθανότητα, θα υπάρχει για όσο διάστημα δεν είναι είναι δυνατό για τα ρομπότ να συλλέγουν υλικά από το περιβάλλον τους και να τα χρησιμοποιούν για την τρισδιάστατη εκτύπωση κρίσιμων στοιχείων οργάνων.

«Ο λόγος που προτιμάμε την προσέγγιση που έχει ένα κεντρικό κομμάτι υλικού είναι ότι είναι εύκολο να σταματήσει η διαδικασία, είναι εύκολο να σκοτωθεί η διαδικασία», είπε. «Αυτό στο οποίο δεν θέλουμε να καταλήξουμε είναι να δημιουργούμε ακούσια αντιγραφείς von Neumann. Θα ήταν πολύ κακή ιδέα».

Συστάσεις των συντακτών

• Το μέλλον του αυτοματισμού: Τα ρομπότ έρχονται, αλλά δεν θα σας πάρουν τη δουλειά
• Προσθετικά που δεν απαιτούν εξάσκηση: Μέσα στην τελευταία ανακάλυψη στη βιονική
• Αυτά τα ρομπότ δοκιμάζουν τα ζιζάνια μέχρι θανάτου, ώστε οι αγρότες να μην χρειάζονται χημικά ζιζανιοκτόνα
• Πολύ βουητό για να οδηγείτε; Μην ανησυχείτε - αυτό το αυτόνομο μπαρ αυτοκινήτου θα σας οδηγήσει
• Υπάρχει ένας τεράστιος εκτοξευτής EMP στο Νέο Μεξικό. Μην ανησυχείτε, είναι εδώ για να μας προστατεύσει