Evolucijski, samoreplicirajući roboti spremni kolonizirati svemir

"Pokušavamo, ako želite, izmisliti potpuno novi način dizajniranja robota koji ne zahtijeva da ljudi zapravo dizajniraju", rekao je Alan Winfield. “Razvijamo stroj ili robotski ekvivalent umjetne selekcije na način na koji farmeri rade ne samo stoljećima, već tisućljećima... Ono što nas zanima je uzgoj roboti. Mislim to doslovno.”

Winfield, koji radi sa softverom i robotskim sustavima od ranih 1980-ih, profesor je kognitivne robotike u laboratoriju za robotiku Bristol na Sveučilištu Zapadne Engleske (UWE). On je također jedan od mozgova iza Evolucija autonomnog robota (ARE), višegodišnji napor koji provode UWE, Sveučilište York, Sveučilište Edinburgh Napier, Sveučilište Sunderland i Vrije Universiteit Amsterdam. To će, nadaju se njegovi tvorci, promijeniti način na koji se roboti dizajniraju i izrađuju. I sve je to zahvaljujući posuđivanju stranice iz evolucijske biologije.

Koncept iza ARE-a je, barem hipotetski, jednostavan. Koliko se znanstvenofantastičnih filmova možete sjetiti u kojima skupina neustrašivih istraživača sleti na planet i, usprkos njihovim najboljim pokušajima planiranja, nalaze se potpuno nespremni za sve što žele susret? Ovo je stvarnost za bilo koji od negostoljubivih scenarija u kojima bismo željeli poslati robote, osobito kada oni mjesta mogu biti udaljena desecima milijuna milja, kao što je slučaj s istraživanjem i mogućim naseljavanjem drugih planeti. Trenutno, roboti poput Marsovci izgrađeni su na Zemlji, prema našim očekivanjima o tome što će zateći kada stignu. To je pristup koji robotičari koriste jer, pa, ne postoji druga opcija.

Ali što ako je moguće postaviti neku vrstu minijaturne tvornice - koja se sastoji od posebnog softvera, 3D pisača, robotskih ruku i druga oprema za sastavljanje — koja je bila u stanju proizvesti nove vrste robota po narudžbi na temelju uvjeta u kojima se nalazila slijetanje? Ti se roboti mogu usavršiti prema čimbenicima okoline i prema zadacima koji se od njih traže. Štoviše, korištenjem kombinacije stvarnog svijeta i računalne evolucije, uzastopne generacije ovih robota mogle bi biti još bolje u ovim izazovima. Na tome radi tim Autonomous Robot Evolution.

"Ideja je da ono što sletite na planet nije hrpa robota, to je zapravo hrpa RoboFabova," Winfield je rekao za Digital Trends, misleći na ARE proizvođače robota koji su on i njegov tim istražitelja zgrada. “Roboti koje proizvodi RoboFabs doslovno se testiraju u stvarnom planetu okruženju i vrlo brzo shvatite koji će biti uspješni, a koji nisu."

Matt Hale, postdoktorand u Bristol Robotics Labu koji gradi RoboFab i dizajnira proces kojim proizvodi fizičke robote, rekao je za Digital Trendovi: "Ključna značajka za mene je da će biti stvoren fizički robot kojeg nije dizajnirala osoba, već automatski evolucijski algoritam. Nadalje, ponašanje ovog pojedinca u fizičkom svijetu vratit će se u evolucijski algoritam i tako pomoći da se odredi koji će roboti biti sljedeći."

Dobrodošli u EvoSphere

Oponašanje evolucijskih procesa putem softvera koncept je koji je istražen barem još u 1940-ima, u istom desetljeću za koji je ENIAC, kolos od 32 tone koji je bio prvo programabilno elektroničko digitalno računalo opće namjene na svijetu, prvi put pokrenut vrijeme. U kasnijim godinama tog desetljeća, matematičar John von Neumann sugerirao je da bi umjetni stroj mogao biti izgrađen tako da se mogao samoreplicirati — što znači da bi stvorio svoje kopije, koje bi zatim mogle stvoriti više kopije.

Von Neumannov koncept, koji je prethodio umjetnoj inteligenciji više od pola desetljeća, bio je revolucionaran. Potaknuo je interes za područje koje je postalo poznato kao Umjetni život ili ALife, kombinacija računalnih znanost i biokemija koja pokušava simulirati prirodni život i evoluciju korištenjem računala simulacije.

Evolucijski algoritmi pokazali su istinsko obećanje u stvarnom svijetu. Na primjer, genetski algoritam koji je stvorio bivši NASA-in znanstvenik i Googleov inženjer Jason Lohn korišten je za dizajn satelitskih komponenti koje se koriste u stvarnim NASA-inim svemirskim misijama. "Bio sam fasciniran snagom prirodne selekcije", rekao mi je Lohn za moju knjigu Razmišljajući strojevi. Ono što je bilo šokantno u Lohnovoj satelitskoj komponenti, koju je algoritam ponavljao tijekom mnogih generacija, je da ne samo da je funkcionirao bolje od bilo kojeg ljudskog dizajna, nego je bio potpuno neshvatljiv njih također. Lohn se sjeća da je komponenta izgledala poput "savijene spajalice".

To je ono oko čega je ARE tim uzbuđen - da bi se roboti koji se mogu stvoriti korištenjem ovog evolucijskog procesa mogli pokazati optimiziranima na način o kojem niti jedan ljudski kreator ne bi mogao sanjati. "Čak i kada savršeno dobro poznajemo okoliš, umjetna evolucija može doći do rješenja koja su toliko nova da ih se niti jedan čovjek ne bi sjetio", rekao je Winfield.

Dva su glavna dijela ARE projekta "EvoSphere." Softverski aspekt naziva se Upravitelj ekosustava. Winfield je rekao da je odgovoran za određivanje "koji će roboti biti pareni". Ovaj proces parenja koristi evolucijske algoritme za nevjerojatno brzo ponavljanje novih generacija robota. Softverski proces filtrira sve robote koji bi mogli biti očito neodrživi, ​​bilo zbog proizvodnih izazova ili očito manjkavih dizajna, kao što je robot koji izgleda izokrenut. Roboti "djeca" uče u kontroliranom virtualnom okruženju gdje će uspjeh biti nagrađen. Najuspješniji potom dobivaju svoj genetski kod za reprodukciju.

Kandidati koji najviše obećavaju prosljeđuju se RoboFabu na izradu i testiranje. RoboFab se sastoji od 3D pisača (jedan u trenutnom modelu, tri na kraju) koji ispisuje kostur robota prije nego što ga preda robotu ruku za pričvršćivanje onoga što Winfield naziva "organima". To se odnosi na kotače, procesore, svjetlosne senzore, servo motore i druge komponente koje se ne mogu odmah 3D-isprintano. Na kraju, robotska ruka povezuje svaki organ s glavnim tijelom kako bi dovršio robota.

"Neću biti previše tehnički, ali postoji problem s evolucijom u simulaciji koji nazivamo jazom u stvarnosti", rekao je Winfield. “To znači da stvari koje su razvijene isključivo u simulaciji općenito ne funkcioniraju dobro kada ih pokušate pokrenuti u stvarnom svijetu. [Razlog za to je] jer je simulacija pojednostavljenje, apstrakcija stvarnog svijeta. Ne možete simulirati stvarni svijet sa 100% vjernošću uz ograničen računalni proračun.”

Koliko god se trudili, teško je simulirati stvarnu dinamiku stvarnog svijeta. Na primjer, kretanje koje funkcionira u teoriji možda neće funkcionirati u zbrkanoj stvarnosti. Senzori možda neće dati onu vrstu čistih očitanja koja su dostupna u simulaciji, već nejasne aproksimacije informacija.

Kombiniranjem softvera i hardvera u povratnu petlju, istraživači ARE-a misle da su napravili veliki korak prema rješavanju ovog problema. Kako fizički roboti putuju uokolo, njihovi uspjesi i neuspjesi mogu se vratiti u softver Ecosystem Manager, osiguravajući da je sljedeća generacija robota još bolje prilagođena.

Rizik od nenamjernih replikatora

"Velika je nada da ćemo negdje tijekom sljedećih 12 mjeseci moći pritisnuti gumb za pokretanje i vidjeti kako cijeli ovaj proces radi automatski", rekao je Winfield.

Međutim, to neće biti u svemiru. U početku je vjerojatnije da će se aplikacije za ovo istraživanje fokusirati na negostoljubive scenarije na Zemlji, kao što je pomoć pri stavljanju izvan pogona nuklearnih elektrana. Hale je rekao da je krajnji cilj "potpuno autonomnog sustava za razvoj robota koji obavljaju zadatke u stvarnom svijetu udaljen nekoliko desetljeća", iako su u međuvremenu aspekti ovog projekta - kao što je upotreba genetskih algoritama za, Winfieldovim riječima, "razvijanje heterogene populacije" robota - učinit će korisne napretke bliže Dom.

Kao dio projekta, tim planira objaviti svoje radove na open-source način, tako da drugi mogu graditi EvoSpheres ako žele. “Zamislite ovo kao neku vrstu ekvivalenta akceleratoru čestica, osim što, umjesto proučavanja elementarnih čestica, proučavamo koevoluciju mozak-tijelo i sve aspekte toga,” Winfield rekao je.

Što se tiče tog vremenskog slijeda samoreplicirajućih robota u svemiru, vjerojatno će proći dugo nakon što on ode u mirovinu. Predviđa li on vrijeme u kojem ćemo imati kolonije svemirskih robota koji se sami umnožavaju? Da, uz napomene. “Činjenica da ovaj sustav šaljete na planet s ograničenom zalihom elektronike, ograničenom zalihom senzora, ograničena ponuda motora znači da stvar ne može pobjeći jer su to ograničeni resursi,” on rekao je. "Ti resursi će se smanjiti jer će dijelovi s vremenom otkazati, tako da u određenom smislu imate ugrađeno vrijeme ograničenje zbog činjenice da će sve te komponente na kraju otkazati — uključujući RoboFabs se."

Želio je razjasniti ovaj "sigurnosni aspekt" projekta, koji će, vjerojatno, postojati sve dok ne bude robotima je omogućeno prikupljanje materijala iz okoline i njihovo korištenje za 3D ispis kritičnih komponenti organa.

"Razlog zašto preferiramo pristup koji ima centralizirani dio hardvera je taj što je lako zaustaviti proces, lako ga je ubiti", rekao je. “Ono s čime ne želimo završiti je nenamjerno stvaranje von Neumann replikatori. To bi bila jako loša ideja.”

Preporuke urednika

• Budućnost automatizacije: Roboti dolaze, ali neće uzeti vaš posao
• Protetika koja ne zahtijeva praksu: unutar najnovijeg otkrića u bionici
• Ovi roboti uništavaju korov do smrti tako da poljoprivrednici ne trebaju kemijske herbicide
• Previše zuji za vožnju? Ne brinite - ovaj autonomni auto-bar će se odvesti do vas
• U Novom Meksiku postoji golemi EMP blaster. Ne brinite, ovdje je da nas zaštiti