Arenevad, isepaljunevad robotid, mis on valmis kosmose koloniseerima

"Kui soovite, proovime leiutada täiesti uue viisi robotite kujundamiseks, mis ei nõua inimeste tegelikku projekteerimist," ütles ta. Alan Winfield. "Arendame kunstliku valiku masina või roboti ekvivalenti nii, nagu põllumehed oleme teinud mitte ainult sajandeid, vaid aastatuhandeid… Meid huvitab aretus robotid. Ma mõtlen seda sõna otseses mõttes."

Winfield, kes on tarkvara ja robootikasüsteemidega töötanud alates 1980. aastate algusest, on Lääne-Inglismaa ülikooli (UWE) Bristoli robootikalabori kognitiivse robootika professor. Ta on ka üks ajudest selle taga Autonoomne roboti evolutsioon (ARE) projekt, mitmeaastane jõupingutus, mille viisid läbi UWE, Yorki ülikool, Edinburgh Napieri ülikool, Sunderlandi ülikool ja Vrije Universiteit Amsterdam. Selle loojad loodavad, et see muudab robotite kavandamise ja ehitamise viisi. Ja see kõik on tänu evolutsioonibioloogiast lehe laenamisele.

ARE kontseptsioon on vähemalt hüpoteetiliselt lihtne. Kui palju ulmefilme suudate mõelda, kuhu grupp kartmatuid avastajaid planeedil maandub ja hoolimata oma parimatest planeerimiskatsetest ei ole nad kõigeks ette valmistunud kokku puutuda? See on reaalsus kõigi ebasõbralike stsenaariumide puhul, mille puhul võiksime soovida roboteid saata, eriti kui need kohad võivad asuda kümnete miljonite miilide kaugusel, nagu see on teiste kohtade uurimise ja võimaliku elamise puhul. planeedid. Praegu meeldib robotitele Marsi kulgurid on ehitatud Maa peale vastavalt meie ootustele, mida nad saabudes leiavad. Robootikute lähenemine on selline, sest muud võimalust pole.

Aga mis siis, kui oleks võimalik kasutusele võtta miniatuurne tehas, mis koosneb spetsiaalsest tarkvarast, 3D-printeritest, robotkätest ja muud montaažiseadmed - mis suutis toota uut tüüpi kohandatud roboteid, mis põhinevad mis tahes tingimustel maandumine? Neid roboteid sai lihvida nii keskkonnategurite kui ka neilt nõutavate ülesannete järgi. Veelgi enam, kasutades reaalse maailma ja arvutusliku evolutsiooni kombinatsiooni, saaks nende robotite järjestikused põlvkonnad nende väljakutsetega veelgi paremini toime tulla. Selle kallal Autonomous Robot Evolutioni meeskond töötab.

"Idee seisneb selles, et see, mida te planeedile maandute, ei ole hunnik roboteid, see on tegelikult hunnik RoboFabe." Winfield rääkis Digital Trendsile, viidates ARE robotitootjatele, kes tema ja tema uurijate meeskond on hoone. "RoboFabide toodetud roboteid testitakse sõna otseses mõttes päris planeedil keskkonda ja väga kiiresti saate aru, millised neist on edukad ja millised ei ole."

Matt Hale, Bristoli robootikalabori järeldoktor, kes ehitab RoboFabi ja kavandab protsessi, mille abil see füüsilisi roboteid valmistab, rääkis Digitalile. Trends: "Minu jaoks on peamine omadus see, et luuakse füüsiline robot, mida ei kavandanud inimene, vaid evolutsioonitegijad algoritm. Veelgi enam, selle inimese käitumine füüsilises maailmas saab evolutsiooni algoritmi tagasi ja aitab seega määrata, milliseid roboteid järgmisena toodetakse.

Tere tulemast EvoSphere'i

Evolutsiooniprotsesside jäljendamine tarkvara kaudu on kontseptsioon, mida on uuritud vähemalt 1940. aastatel, samal kümnendil. mis ENIAC, 32-tonnine koloss, mis oli maailma esimene programmeeritav üldotstarbeline elektrooniline digitaalarvuti, käivitati esimesena. aega. Selle kümnendi viimastel aastatel pakkus matemaatik John von Neumann, et tehismasin võib olla ehitatud, mis suutis ise paljuneda – see tähendab, et see loob endast koopiad, mis võivad seejärel luua rohkem koopiaid.

Von Neumanni kontseptsioon, mis eelnes tehisintellektile rohkem kui poole kümnendi võrra, oli revolutsiooniline. See tekitas huvi valdkonna vastu, mida on hakatud kutsuma kunstlikuks eluks ehk ALife’iks, arvutite kombinatsiooniks. teadus ja biokeemia, mis püüab arvuti abil simuleerida looduslikku elu ja evolutsiooni simulatsioonid.

Evolutsioonilised algoritmid on näidanud tõelist reaalset lubadust. Näiteks NASA endise teadlase ja Google'i inseneri Jason Lohni loodud geneetilist algoritmi kasutati NASA tegelikel kosmosemissioonidel kasutatavate satelliidikomponentide kavandamiseks. "Mind paelus loodusliku valiku jõud," rääkis Lohn mulle raamatu jaoks Mõtlemismasinad. Mis oli šokeeriv Lohni satelliidikomponendis, mida algoritm kordas paljudes põlvkondade jaoks on see, et see mitte ainult ei töötanud paremini kui mis tahes inimlik disain, vaid see oli ka täiesti arusaamatu neid samuti. Lohn mäletas, et komponent nägi välja nagu "painutatud kirjaklamber".

See on see, mille üle ARE meeskond on põnevil – et robotid, mida saab selle evolutsioonilise protsessi abil luua, võivad osutuda optimeerituks viisil, millest ükski looja ei osanud unistadagi. "Isegi kui tunneme keskkonda suurepäraselt, võib kunstlik evolutsioon pakkuda lahendusi, mis on nii uudsed, et ükski inimene poleks neile mõelnud," ütles Winfield.

ARE projektil on kaks põhiosa "EvoSphere." Tarkvara aspekti nimetatakse ökosüsteemi halduriks. Winfield ütles, et ta vastutab selle eest, "millised robotid paaritatakse". See paaritusprotsess kasutab evolutsioonilisi algoritme, et itereerida uusi robotite põlvkondi uskumatult kiiresti. Tarkvaraprotsess filtreerib välja kõik robotid, mis võivad olla ilmselgelt elujõuetud kas tootmisprobleemide või ilmselgelt vigase konstruktsiooni tõttu, näiteks robot, mis paistab väljapoole. "Laps" robotid õpivad kontrollitud virtuaalses keskkonnas, kus edu premeeritakse. Edukamad lasevad seejärel oma geneetilise koodi paljundamiseks kättesaadavaks teha.

Kõige lootustandvamad kandidaadid edastatakse RoboFabile ehitamiseks ja testimiseks. RoboFab koosneb 3D-printerist (praeguses mudelis üks, lõpuks kolm), mis prindib enne robotile üleandmist roboti skeleti. käe külge, mida Winfield nimetab "elunditeks". Need viitavad ratastele, protsessoritele, valgusanduritele, servomootoritele ja muudele komponentidele, mida ei saa lihtsalt 3D-prinditud. Lõpuks ühendab roboti käsi iga organi põhikeha külge, et robotit täiendada.

"Ma ei lähe liiga tehniliseks, kuid simulatsioonis on evolutsiooni probleem, mida me nimetame tegelikkuse lõheks," ütles Winfield. "See tähendab, et asjad, mis on välja töötatud ainult simulatsioonis, ei tööta üldiselt kuigi hästi, kui proovite seda reaalses maailmas käivitada. [Selle põhjus on], kuna simulatsioon on lihtsustus, see on reaalse maailma abstraktsioon. Piiratud arvutuseelarvega ei saa te tegelikku maailma 100% täpsusega simuleerida.

Proovige kuidas iganes, reaalse maailma tegelikku dünaamikat on raske simuleerida. Näiteks teoreetiliselt toimiv liikumine ei pruugi räpases reaalsuses toimida. Andurid ei pruugi pakkuda simulatsioonis saadaolevaid puhtaid näitu, vaid pigem hägusaid ligikaudseid andmeid.

Kombineerides nii tarkvara kui ka riistvara tagasisideahelaks, arvavad ARE teadlased, et nad võisid astunud suure sammu selle probleemi lahendamise suunas. Kui füüsilised robotid ringi rändavad, saab nende õnnestumised ja ebaõnnestumised Ecosystem Manageri tarkvarale tagasi anda, tagades, et järgmise põlvkonna robotid on veelgi paremini kohandatud.

Tahtmatute replikaatorite oht

"Suur lootus on, et millalgi järgmise 12 kuu jooksul saame vajutada käivitusnuppu ja näha, et kogu protsess hakkab automaatselt käima," ütles Winfield.

See ei ole aga kosmoses. Esialgu keskenduvad selle uurimistöö rakendused tõenäolisemalt 0n ebasõbralikule stsenaariumile Maal, näiteks tuumaelektrijaamade tegevuse lõpetamisel. Hale ütles, et lõppeesmärk "täielikult autonoomne süsteem arenevate robotite jaoks, mis täidavad reaalset ülesannet, on mitu aastakümmet eemal", kuigi vahepeal on Selle projektiga – nagu näiteks geneetiliste algoritmide kasutamine, et Winfieldi sõnade kohaselt arendada robotite heterogeenset populatsiooni – on kasulikud edusammud lähemale. Kodu.

Projekti osana kavatseb meeskond avaldada oma teosed avatud lähtekoodiga viisil, et teised saaksid soovi korral EvoSphere'e ehitada. "Kujutlege seda osakeste kiirendi omamoodi ekvivalentina, välja arvatud see, et õppimise asemel elementaarosakesi, uurime aju-keha koevolutsiooni ja kõiki selle aspekte," Winfield ütles.

Mis puutub kosmoses isepaljunevate robotite ajakavasse, siis tõenäoliselt läheb see kaua aega pärast tema pensionile jäämist. Kas ta näeb ette aega, mil meil tekivad isepaljunevate kosmoserobotite kolooniad? Jah, hoiatustega. „Asjaolu, et saadate selle süsteemi planeedile, kus on piiratud elektroonikavarud, piiratud varu andurid, mootorite piiratud varu tähendab, et asi ei saa ära joosta, sest need on piiratud ressursid,” ütles ta ütles. "Need ressursid vähenevad, kuna osad aja jooksul ebaõnnestuvad, nii et mõnes mõttes on teil sisseehitatud aeg piirata, kuna need komponendid lõpuks ebaõnnestuvad - sealhulgas RoboFabs ise."

Ta soovis teha selgeks selle projekti "ohutusaspekti", mis arvatavasti eksisteerib seni, kuni seda ei ole. robotitel on võimalik koguda oma ümbrusest materjale ja kasutada neid kriitiliste elundikomponentide 3D-printimiseks.

"Põhjus, miks me eelistame tsentraliseeritud riistvaraga lähenemisviisi, on see, et protsessi on lihtne peatada, protsessi on lihtne tappa," ütles ta. "See, milleni me ei taha jõuda, on kogemata loomine von Neumanni replikaatorid. See oleks väga halb mõte."

Toimetajate soovitused

• Automatiseerimise tulevik: Robotid tulevad, kuid nad ei võta teie tööd
• Proteesimine, mis ei vaja harjutamist: bioonika uusim läbimurre
• Need robotid hävitavad umbrohu surnuks, nii et põllumehed ei vaja keemilisi herbitsiide
• Kas olete sõitmiseks liiga sumisenud? Ärge muretsege – see autonoomne autobaar sõidab teie juurde
• New Mexicos on hiiglaslik EMP lõhkaja. Ärge muretsege, see on siin, et meid kaitsta