Kehittyvät, itseään replikoivat robotit, jotka ovat valmiita asuttamaan avaruutta

"Yritämme, jos haluatte, keksiä täysin uuden tavan suunnitella robotteja, jotka eivät edellytä ihmisten tekevän suunnittelua", sanoi Alan Winfield. ”Kehitämme keinovalinnan kone- tai robottivastinetta maanviljelijöiden tapaan eivät ole tehneet vain vuosisatoja, vaan vuosituhansia… Meitä kiinnostaa jalostus robotit. Tarkoitan sitä kirjaimellisesti."

Winfield, joka on työskennellyt ohjelmistojen ja robottijärjestelmien parissa 1980-luvun alusta lähtien, on kognitiivisen robotiikan professori Bristol Robotics Labissa Länsi-Englannin yliopistossa (UWE). Hän on myös yksi taustalla olevista aivoista Autonominen robottien evoluutio (ARE) -projekti, UWE: n, Yorkin yliopiston, Edinburgh Napierin yliopiston, Sunderlandin yliopiston ja Vrije Universiteit Amsterdamin toteuttama monivuotinen hanke. Sen luojat toivovat, että se muuttaa tapaa, jolla robotit suunnitellaan ja rakennetaan. Ja tämä kaikki johtuu siitä, että lainaat sivua evoluutiobiologiasta.

ARE: n taustalla oleva käsite on ainakin hypoteettisesti yksinkertainen. Kuinka monta scifi-elokuvaa voit kuvitella, mihin planeetalle laskeutuu joukko pelottomia tutkimusmatkailijoita ja huolimatta heidän parhaista suunnitteluyrityksistään, he huomaavat olevansa täysin valmistautumattomia mihin tahansa kohdata? Tämä on todellisuutta kaikissa epävieraanvaraisissa skenaarioissa, joissa saatamme haluta lähettää robotteja, varsinkin kun paikat voivat olla kymmenien miljoonien kilometrien päässä, kuten muiden tutkimiseen ja mahdolliseen asumiseen. planeetat. Tällä hetkellä robotit pitävät mm Mars-kulkijat on rakennettu maan päälle sen mukaan, mitä he löytävät saapuessaan. Tämä on robotikon lähestymistapa, koska muuta vaihtoehtoa ei ole.

Mutta entä jos olisi mahdollista ottaa käyttöön pieni tehdas, joka koostuu erikoisohjelmistoista, 3D-tulostimista, robottikäsistä ja muut kokoonpanolaitteet - jotka pystyivät valmistamaan uudenlaisia ​​räätälöityjä robotteja olosuhteiden perusteella, joissa se havaitsi lasku? Näitä robotteja voitiin hioa sekä ympäristötekijöiden että niiltä vaadittavien tehtävien mukaan. Lisäksi todellisen maailman ja laskennallisen evoluution yhdistelmällä näiden robottien peräkkäisistä sukupolvista voitaisiin tehdä vielä parempia näissä haasteissa. Sitä Autonomous Robot Evolution -tiimi työskentelee.

"Ajatuksena on, että se, mitä laskeudut planeetalle, ei ole joukko robotteja, se on itse asiassa joukko RoboFabeja." Winfield kertoi Digital Trendsille viitaten ARE-robottien valmistajiin, joita hän ja hänen tutkijaryhmänsä ovat rakennus. "RoboFabien tuottamat robotit testataan kirjaimellisesti todellisessa planeetassa ympäristöön ja hyvin nopeasti selvität, mitkä niistä menestyvät ja mitkä eivät ole."

Matt Hale, Bristol Robotics Labin postdoc, joka rakentaa RoboFabia ja suunnittelee prosessia, jolla se valmistaa fyysisiä robotteja, kertoi Digitalille Trends: ”Avainpiirre minulle on, että syntyy fyysinen robotti, jota ei ole suunnitellut ihminen, vaan evoluutionisti algoritmi. Lisäksi tämän yksilön käyttäytyminen fyysisessä maailmassa palaa evoluutioalgoritmiin ja auttaa siten sanelemaan, mitä robotteja valmistetaan seuraavaksi.

Tervetuloa EvoSphereen

Evoluutioprosessien matkiminen ohjelmistojen avulla on käsite, jota on tutkittu ainakin 1940-luvulla, samalla vuosikymmenellä. joka ENIAC, 32 tonnin kolossi, joka oli maailman ensimmäinen ohjelmoitava, yleiskäyttöinen elektroninen digitaalinen tietokone, sytytettiin ensimmäisenä aika. Tuon vuosikymmenen viimeisinä vuosina matemaatikko John von Neumann ehdotti, että keinotekoinen kone voisi olla rakennettu, joka pystyi monistumaan itse – mikä tarkoittaa, että se loisi itsestään kopioita, jotka voisivat sitten luoda lisää kopioita.

Von Neumannin konsepti, joka edelsi tekoälyä yli puoli vuosikymmentä, oli vallankumouksellinen. Se herätti kiinnostusta alaa kohtaan, joka on tullut tunnetuksi nimellä Artificial Life tai ALife, tietokoneiden yhdistelmä. tiede ja biokemia, joka yrittää simuloida luonnollista elämää ja evoluutiota tietokoneen avulla simulaatioita.

Evoluutioalgoritmit ovat osoittaneet aitoa todellista lupausta. Esimerkiksi NASAn entisen tiedemiehen ja Googlen insinöörin Jason Lohnin luomaa geneettistä algoritmia käytettiin todellisissa NASAn avaruustehtävissä käytettyjen satelliittikomponenttien suunnittelussa. "Luonnonvalinnan voima kiehtoi minua", Lohn kertoi minulle kirjastani Ajatuskoneet. Mikä oli järkyttävää Lohnin satelliittikomponentissa, jota algoritmi toisti monilla sukupolveen, on se, että se ei vain toiminut paremmin kuin mikään ihmisen suunnittelu, vaan se oli täysin käsittämätöntä niitä myös. Lohn muisti komponentin näyttävän "taivutetulta paperiliittimeltä".

Tästä ARE-tiimi on innoissaan – että robotit, jotka voidaan luoda tällä evoluutioprosessilla, voivat osoittautua optimoituiksi tavalla, josta kukaan ihminen ei olisi koskaan voinut haaveilla. "Vaikka tunnemme ympäristön täydellisesti, keinotekoinen evoluutio voi saada aikaan ratkaisuja, jotka ovat niin uusia, ettei kukaan olisi ajatellut niitä", Winfield sanoi.

ARE-projektissa on kaksi pääosaa "EvoSphere." Ohjelmistonäkökohtaa kutsutaan Ecosystem Manageriksi. Winfield sanoi, että se on vastuussa sen määrittämisestä, "mitkä robotit paritetaan". Tämä paritusprosessi käyttää evolutionaarisia algoritmeja uusien robottien sukupolvien iterointiin uskomattoman nopeasti. Ohjelmistoprosessi suodattaa pois kaikki robotit, jotka saattavat olla ilmeisen käyttökelvottomia joko valmistushaasteiden tai ilmeisen virheellisen suunnittelun vuoksi, kuten nurinpäin näyttävän robotin. "Lapsirobotit" oppivat kontrolloidussa virtuaaliympäristössä, jossa menestys palkitaan. Menestyneimmät saavat sitten geneettisen koodinsa saataville lisääntymistä varten.

Lupaavimmat ehdokkaat siirretään RoboFabille rakennettavaksi ja testattavaksi. RoboFab koostuu 3D-tulostimesta (yksi nykyisessä mallissa, lopulta kolme), joka tulostaa robotin luurangan ennen sen luovuttamista robotille käsivarteen kiinnittääksesi sen, mitä Winfield kutsuu "elieiksi". Nämä viittaavat pyöriin, prosessoreihin, valoantureihin, servomoottoreihin ja muihin komponentteihin, joita ei voida helposti 3D-tulostettu. Lopuksi robottivarsi kytkee jokaisen elimen päärunkoon täydentääkseen robotin.

"En mene liian tekniseksi, mutta simulaatiossa on evoluution ongelma, jota kutsumme todellisuusrajaksi", Winfield sanoi. "Se tarkoittaa, että asiat, jotka on kehitetty yksinomaan simuloinnilla, eivät yleensä toimi kovin hyvin, kun niitä yrittää ajaa todellisessa maailmassa. [Syy tähän on], koska simulaatio on yksinkertaistus, se on abstraktio todellisesta maailmasta. Et voi simuloida todellista maailmaa 100 % tarkkuudella rajoitetulla laskentabudjetilla."

Yrittäkää kuinka tahansa, todellisen maailman todellista dynamiikkaa on vaikea simuloida. Esimerkiksi teoriassa toimiva liikkuminen ei välttämättä toimi sotkuisessa todellisuudessa. Anturit eivät ehkä tarjoa sellaisia ​​puhtaita lukemia, jotka ovat käytettävissä simulaatiossa, vaan pikemminkin sumeita likiarvoja tiedosta.

Yhdistämällä sekä ohjelmiston että laitteiston palautesilmukaksi ARE-tutkijat uskovat ottaneensa suuren askeleen kohti tämän ongelman ratkaisemista. Kun fyysiset robotit liikkuvat ympäriinsä, heidän onnistumisensa ja epäonnistumisensa voidaan palauttaa Ecosystem Manager -ohjelmistoon, mikä varmistaa, että seuraavan sukupolven robotit ovat entistä paremmin mukautettuja.

Tahattomien replikaattoreiden riski

"Suuri toivo on, että joskus seuraavan 12 kuukauden aikana voimme painaa käynnistyspainiketta ja nähdä koko prosessin käynnissä olevan automaattisesti", Winfield sanoi.

Tämä ei kuitenkaan ole avaruudessa. Aluksi tämän tutkimuksen sovellukset keskittyvät todennäköisemmin 0n epämiellyttävään skenaarioon maapallolla, kuten ydinvoimaloiden käytöstä poistamiseen. Hale sanoi, että perimmäinen tavoite "täysin autonominen järjestelmä kehittyville roboteille, jotka suorittavat todellisen maailman tehtävät, on useiden vuosikymmenien päässä", vaikka sillä välin Tämän hankkeen – kuten geneettisten algoritmien käyttö robottien "heterogeenisen populaation kehittämiseksi" Winfieldin sanoin – tuo hyödyllisiä edistysaskeleita lähemmäksi Koti.

Osana projektia tiimi suunnittelee julkaisevansa teoksensa avoimen lähdekoodin muodossa, jotta muut voivat halutessaan rakentaa EvoSpherejä. "Kuvittele tämä eräänlaisena vastineeksi hiukkaskiihdyttimelle, paitsi että opiskelun sijaan alkuainehiukkasia, tutkimme aivojen ja kehon yhteisevoluutiota ja kaikkia siihen liittyviä puolia, Winfield sanoi.

Mitä tulee tuohon itseään replikoituvien robottien aikajanaan avaruudessa, se kestää todennäköisesti kauan hänen eläkkeelle jäämisen jälkeen. Ennakoiko hän aikaa, jolloin meillä on itseään replikoituvien avaruusrobottien pesäkkeitä? Kyllä, varauksin. "Se, että lähetät tämän järjestelmän planeetalle, jolla on rajoitettu tarjonta elektroniikkaa anturit, moottoreiden rajallinen tarjonta tarkoittaa, että tavara ei pääse karkaamaan, koska ne ovat rajallisia resursseja, hän sanoi. "Nämä resurssit vähenevät, koska osat epäonnistuvat ajan myötä, joten sinulla on tietyssä mielessä sisäänrakennettu aika rajoittaa, koska nämä komponentit lopulta epäonnistuvat - mukaan lukien RoboFabs itse."

Hän halusi tehdä selväksi tämän projektin "turvallisuusnäkökohdan", joka oletettavasti on olemassa niin kauan kuin se ei ole Robotit voivat kerätä materiaaleja ympäristöstään ja käyttää niitä kriittisten elinkomponenttien 3D-tulostukseen.

"Syy siihen, miksi pidämme parempana lähestymistapaa, jossa on keskitetty laitteisto, on se, että prosessi on helppo pysäyttää ja prosessi on helppo lopettaa", hän sanoi. ”Se, mihin emme halua päätyä, on vahingossa luomista von Neumannin replikaattorit. Se olisi erittäin huono idea."

Toimittajien suositukset

• Automaation tulevaisuus: Robotteja tulee, mutta ne eivät vie työtäsi
• Proteesit, jotka eivät vaadi harjoittelua: Sisällä uusin bioniikan läpimurto
• Nämä robotit torjuvat rikkaruohoja kuoliaaksi, jotta maanviljelijät eivät tarvitse kemiallisia rikkakasvien torjunta-aineita
• Oletko liian surina ajaaksesi? Älä huoli – tämä autonominen autobaari ajaa luoksesi
• New Mexicossa on jättimäinen EMP-blasteri. Älä huoli, se on täällä suojelemassa meitä