Des robots évolutifs et auto-réplicatifs prêts à coloniser l'espace

"Nous essayons, si vous voulez, d'inventer une toute nouvelle façon de concevoir des robots qui ne nécessite pas que des humains fassent réellement la conception", a déclaré Alan Winfield. « Nous développons l’équivalent machine ou robot de la sélection artificielle de la même manière que les agriculteurs nous le faisons non seulement depuis des siècles, mais depuis des millénaires… Ce qui nous intéresse, c’est la sélection des robots. Je veux dire cela littéralement.

Winfield, qui travaille avec des logiciels et des systèmes robotiques depuis le début des années 1980, est professeur de robotique cognitive au Bristol Robotics Lab de l'Université de l'Ouest de l'Angleterre (UWE). Il est également l’un des cerveaux derrière Évolution du robot autonome (ARE), un effort pluriannuel mené par l'UWE, l'Université de York, l'Université Napier d'Édimbourg, l'Université de Sunderland et la Vrije Universiteit Amsterdam. Ses créateurs espèrent que cela changera la façon dont les robots sont conçus et construits. Et tout cela grâce à l’emprunt d’une page à la biologie évolutionniste.

Le concept derrière ARE est, du moins hypothétiquement, simple. À combien de films de science-fiction pouvez-vous penser où un groupe d'explorateurs intrépides atterrit sur une planète? et, malgré leurs meilleures tentatives de planification, se retrouvent totalement non préparés à tout ce qu'ils rencontre? C'est la réalité de tous les scénarios inhospitaliers dans lesquels nous pourrions vouloir envoyer des robots, surtout lorsque ceux-ci les lieux pourraient se trouver à des dizaines de millions de kilomètres, comme c'est le cas pour l'exploration et l'habitation éventuelle d'autres planètes. Actuellement, des robots comme le Rovers martiens sont construits sur Terre, selon nos attentes quant à ce qu'ils trouveront à leur arrivée. C’est l’approche adoptée par les roboticiens car, eh bien, il n’y a pas d’autre option disponible.

Mais et s’il était possible de déployer une sorte d’usine miniature composée de logiciels spéciaux, d’imprimantes 3D, de bras robotisés et d'autres équipements d'assemblage - capables de fabriquer de nouveaux types de robots personnalisés en fonction des conditions rencontrées atterrissage? Ces robots pourraient être perfectionnés en fonction à la fois de facteurs environnementaux et des tâches qui leur sont demandées. De plus, en combinant l’évolution du monde réel et informatique, les générations successives de ces robots pourraient être encore meilleures pour relever ces défis. C’est sur cela que travaille l’équipe Autonomous Robot Evolution.

« L’idée est que ce que vous atterrissez sur la planète n’est pas un groupe de robots, c’est en fait un groupe de RoboFabs. » Winfield a déclaré à Digital Trends, faisant référence aux fabricants de robots ARE que lui et son équipe d'enquêteurs sont bâtiment. « Les robots qui sont ensuite produits par les RoboFabs sont littéralement testés dans le véritable environnement planétaire. environnement et, très rapidement, vous déterminez lesquels vont réussir et lesquels ne sont pas."

Matt Hale, postdoctorant au Bristol Robotics Lab qui construit le RoboFab et conçoit le processus par lequel il fabrique des robots physiques, a déclaré à Digital Tendances: « La caractéristique clé pour moi est qu’un robot physique sera créé, qui n’a pas été conçu par une personne, mais automatiquement par l’évolution. algorithme. De plus, le comportement de cet individu dans le monde physique alimentera l’algorithme évolutif et contribuera ainsi à dicter quels robots seront ensuite produits.

Bienvenue sur l'EvoSphere

Imiter les processus évolutifs par le biais de logiciels est un concept qui a été exploré au moins dès les années 1940, la même décennie lequel ENIAC, un colosse de 32 tonnes qui fut le premier ordinateur numérique électronique programmable et polyvalent au monde, a été mis en marche pour la première fois temps. Dans les dernières années de cette décennie, le mathématicien John von Neumann a suggéré qu'une machine artificielle pourrait être construit qui était capable de s'auto-répliquer, ce qui signifie qu'il créerait des copies de lui-même, qui pourraient ensuite créer davantage de copies.

Le concept de Von Neumann, antérieur de plus d’une demi-décennie à l’intelligence artificielle, était révolutionnaire. Cela a suscité un intérêt pour un domaine désormais connu sous le nom de vie artificielle, ou ALife, une combinaison de technologies informatiques science et biochimie qui tentent de simuler la vie naturelle et l'évolution grâce à l'utilisation d'un ordinateur simulations.

Les algorithmes évolutionnistes se sont révélés véritablement prometteurs dans le monde réel. Par exemple, un algorithme génétique créé par Jason Lohn, ancien scientifique de la NASA et ingénieur de Google, a été utilisé pour concevoir des composants de satellite utilisés dans de véritables missions spatiales de la NASA. «J'étais fasciné par le pouvoir de la sélection naturelle», m'a dit Lohn pour mon livre Machines à penser. Ce qui était choquant dans la composante satellite de Lohn, qui a été itérée par l’algorithme sur de nombreuses générations, c'est que non seulement cela fonctionnait mieux que n'importe quelle conception humaine, mais qu'il était totalement incompréhensible à eux aussi. Lohn se souvient que le composant ressemblait à un « trombone plié ».

C’est ce qui passionne l’équipe ARE: que les robots qui peuvent être créés à l’aide de ce processus évolutif puissent s’avérer optimisés d’une manière dont aucun créateur humain ne pourrait jamais rêver. "Même lorsque nous connaissons parfaitement l'environnement, l'évolution artificielle peut proposer des solutions si nouvelles qu'aucun humain n'y aurait pensé", a déclaré Winfield.

Le projet ARE comprend deux parties principales « EvoSphère ». L’aspect logiciel s’appelle Ecosystem Manager. Winfield a déclaré qu’il est chargé de déterminer « quels robots doivent être accouplés ». Ce processus d’accouplement utilise des algorithmes évolutifs pour itérer incroyablement rapidement les nouvelles générations de robots. Le processus logiciel filtre tous les robots qui pourraient être manifestement non viables, soit en raison de problèmes de fabrication, soit de conceptions manifestement défectueuses, comme un robot qui apparaît à l'envers. Les robots « enfants » apprennent dans un environnement virtuel contrôlé où la réussite sera récompensée. Les plus performants voient alors leur code génétique mis à disposition pour la reproduction.

Les candidats les plus prometteurs sont transmis à RoboFab pour construction et test. Le RoboFab est constitué d'une imprimante 3D (une dans le modèle actuel, trois à terme) qui imprime le squelette du robot, avant de le remettre au robot. bras pour attacher ce que Winfield appelle « les organes ». Ceux-ci font référence aux roues, aux processeurs, aux capteurs de lumière, aux servomoteurs et à d'autres composants qui ne peuvent pas être facilement Imprimé en 3D. Enfin, le bras du robot connecte chaque organe au corps principal pour compléter le robot.

"Je ne serai pas trop technique, mais il y a un problème avec l'évolution de la simulation que nous appelons l'écart de réalité", a déclaré Winfield. « Cela signifie que les éléments développés exclusivement en simulation ne fonctionnent généralement pas très bien lorsque vous essayez de les exécuter dans le monde réel. [La raison en est] parce qu’une simulation est une simplification, c’est une abstraction du monde réel. Vous ne pouvez pas simuler le monde réel avec une fidélité à 100 % avec un budget informatique limité.

Malgré tous vos efforts, il est difficile de simuler la dynamique réelle du monde réel. Par exemple, une locomotion qui fonctionne en théorie peut ne pas fonctionner dans la réalité. Les capteurs peuvent ne pas fournir le type de lectures claires disponibles dans la simulation, mais plutôt des approximations floues des informations.

En combinant les logiciels et le matériel dans une boucle de rétroaction, les chercheurs de l'ARE pensent avoir fait un grand pas en avant vers la résolution de ce problème. Au fur et à mesure que les robots physiques se déplacent, leurs succès et leurs échecs peuvent être transmis au logiciel Ecosystem Manager, garantissant ainsi que la prochaine génération de robots sera encore mieux adaptée.

Le risque de réplicateurs involontaires

"Le grand espoir est qu'au cours des 12 prochains mois environ, nous serons en mesure d'appuyer sur le bouton de démarrage et de voir l'ensemble de ce processus se dérouler automatiquement", a déclaré Winfield.

Ce ne sera cependant pas dans l’espace. Dans un premier temps, les applications de cette recherche sont plus susceptibles de se concentrer sur des scénarios inhospitaliers sur Terre, comme l’aide au déclassement de centrales nucléaires. Hale a déclaré que l’objectif ultime d’un « système entièrement autonome pour des robots évolutifs effectuant une tâche réelle est dans plusieurs décennies », bien qu’entre-temps, certains aspects de ce projet – comme l’utilisation d’algorithmes génétiques pour, selon les mots de Winfield, « faire évoluer une population hétérogène » de robots – permettront des avancées utiles plus proches de maison.

Dans le cadre du projet, l'équipe prévoit de publier ses travaux de manière open source, afin que d'autres puissent créer des EvoSpheres s'ils le souhaitent. « Imaginez cela comme une sorte d’équivalent d’un accélérateur de particules, sauf qu’au lieu d’étudier particules élémentaires, nous étudions la coévolution cerveau-corps et tous les aspects de cela », Winfield dit.

Quant à cette chronologie des robots auto-réplicateurs dans l’espace, elle se situera probablement longtemps après sa retraite. Prévoit-il un moment où nous aurons des colonies de robots spatiaux auto-réplicateurs? Oui, avec des réserves. "Le fait que vous envoyiez ce système sur une planète avec une offre limitée d'électronique, une offre limitée de capteurs, une offre limitée de moteurs signifie que la chose ne peut pas s'enfuir car ce sont des ressources limitées », a-t-il déclaré. dit. "Ces ressources diminueront parce que les pièces tomberont en panne avec le temps, donc dans un sens, vous disposez d'un délai intégré limite en raison du fait que ces composants finiront tous par échouer – y compris les RoboFabs eux-mêmes."

Il a tenu à préciser cet « aspect sécurité » du projet, qui existera vraisemblablement aussi longtemps qu’il ne le sera pas. Il est possible pour les robots de récolter des matériaux de leur environnement et de les utiliser pour imprimer en 3D des composants d'organes critiques.

"La raison pour laquelle nous préférons l'approche basée sur un matériel centralisé est qu'il est facile d'arrêter le processus, il est facile de le tuer", a-t-il déclaré. « Ce à quoi nous ne voulons pas aboutir, c’est créer par inadvertance réplicateurs von Neumann. Ce serait une très mauvaise idée.

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