Fejlődő, önreplikáló robotok készen állnak az űr kolonizálására

„Igyekszünk, ha úgy tetszik, egy teljesen új módszert kitalálni a robotok tervezésére, amihez nincs szükség emberre a tervezésben” – mondta. Alan Winfield. „A mesterséges szelekció gépi vagy robot megfelelőjét fejlesztjük úgy, ahogy a gazdálkodók nem csak évszázadok, hanem évezredek óta csinálják… Mi érdekel minket, az a tenyésztés robotok. Ezt szó szerint értem."

Winfield, aki az 1980-as évek eleje óta dolgozik szoftverekkel és robotrendszerekkel, a kognitív robotika professzora a Nyugat-Anglia Egyetem (UWE) Bristol Robotics Labjában. Ő is az egyik agy a mögött Autonóm Robot Evolúció (ARE) projekt, az UWE, a Yorki Egyetem, az Edinburgh Napier Egyetem, a Sunderlandi Egyetem és a Vrije Universiteit Amsterdam által végzett többéves erőfeszítés. Az alkotók reményei szerint ez megváltoztatja a robotok tervezési és építési módját. És mindez annak köszönhető, hogy kölcsönkértünk egy oldalt az evolúcióbiológiából.

Az ARE mögött meghúzódó koncepció, legalábbis elméletileg, egyszerű. Hány tudományos-fantasztikus film jut eszedbe arról, hogy hol landol egy csoport rettenthetetlen felfedező egy bolygón és legjobb tervezési próbálkozásaik ellenére teljesen felkészületlennek találják magukat bármire is találkozás? Ez a valóság minden olyan barátságtalan forgatókönyv esetén, amikor esetleg robotokat akarnánk küldeni, különösen akkor, ha a helyek több tízmillió mérföldre is lehetnek, mint ahogy ez más helyek feltárása és esetleges lakóhelye esetén is bolygók. Jelenleg a robotok szeretik a Marsjárók a Földön épülnek, elvárásaink szerint, hogy mit fognak találni, amikor megérkeznek. Ezt a megközelítést alkalmazzák a robotikusok, mert hát nincs más lehetőség.

De mi van akkor, ha lehetséges lenne egyfajta miniatűr gyár telepítése – amely speciális szoftverekből, 3D nyomtatókból, robotkarokból és egyéb összeszerelő berendezések – amelyek képesek voltak újfajta egyedi robotokat gyártani bármilyen körülmények között leszállás? Ezeket a robotokat mind a környezeti tényezők, mind a velük szemben támasztott feladatok szerint lehetett csiszolni. Sőt, a valós világ és a számítási evolúció kombinációjával ezeknek a robotoknak az egymást követő generációi még jobban megfelelhetnek ezeknek a kihívásoknak. Ezen dolgozik az Autonomous Robot Evolution csapata.

"Az ötlet az, hogy amit a bolygón landolsz, az nem egy csomó robot, hanem egy csomó RoboFab." Winfield a Digital Trendsnek elmondta, az ARE robotgyártókra utalva, akik ő és nyomozócsoportja épület. „A RoboFabok által gyártott robotokat szó szerint a valódi bolygón tesztelik környezetet, és nagyon gyorsan rájössz, hogy melyek lesznek sikeresek, és melyek ők nem."

Matt Hale, a Bristol Robotics Lab posztdoktorija, aki a RoboFab-ot építi, és megtervezi azt a folyamatot, amellyel fizikai robotokat gyártanak, mondta a Digitalnak. Trendek: „Számomra a legfontosabb jellemző, hogy egy olyan fizikai robotot hoznak létre, amelyet nem egy személy tervezett, hanem az evolúció automatikusan algoritmus. Ezen túlmenően ennek az egyénnek a fizikai világban tanúsított viselkedése visszahat az evolúciós algoritmusba, és így segít meghatározni, hogy milyen robotok készüljenek ezután.”

Üdvözöljük az EvoSphere-ben

Az evolúciós folyamatok szoftvereken keresztüli utánzása egy olyan koncepció, amelyet legalább az 1940-es években, ugyanabban az évtizedben vizsgáltak. amelyet az ENIAC, egy 32 tonnás kolosszus, amely a világ első programozható, általános célú elektronikus digitális digitális számítógépe volt, először gyújtották fel. idő. Ennek az évtizednek az utolsó éveiben Neumann János matematikus felvetette, hogy egy mesterséges gép lehet olyan volt, amely képes volt önmagát reprodukálni – vagyis másolatokat hoz létre önmagáról, amelyek aztán többet hozhatnak létre másolatokat.

Von Neumann koncepciója, amely több mint fél évtizeddel megelőzte a mesterséges intelligenciát, forradalmi volt. Felkeltette az érdeklődést a terület iránt, amely mesterséges életként vagy ALifeként vált ismertté, a számítógépek kombinációja. tudomány és biokémia, amely megpróbálja szimulálni a természetes életet és az evolúciót számítógép segítségével szimulációk.

Az evolúciós algoritmusok valódi ígéretet mutattak a valós világban. Például a NASA egykori tudósa és a Google mérnöke, Jason Lohn által létrehozott genetikai algoritmust használták a NASA tényleges űrmisszióiban használt műholdkomponensek tervezésére. „Lenyűgözött a természetes szelekció ereje” – mondta Lohn a könyvemhez Gondolkodó gépek. Mi volt megdöbbentő a Lohn-féle műholdkomponensben, amelyet az algoritmus sokakon megismételt generációk óta az, hogy nemcsak jobban működött, mint bármely emberi terv, de teljesen érthetetlen is volt számára őket is. Lohn emlékezett, hogy az alkatrész úgy nézett ki, mint egy „hajlított gemkapocs”.

Ez az, ami miatt az ARE csapata izgatott – hogy az evolúciós folyamat segítségével létrehozható robotok oly módon optimalizálhatók, ahogyan azt emberi alkotó még nem is álmodhatta. "Még akkor is, ha tökéletesen ismerjük a környezetet, a mesterséges evolúció olyan újszerű megoldásokat tud felmutatni, amelyekre senki sem gondolt volna" - mondta Winfield.

Az ARE projektnek két fő része van "EvoSphere." A szoftveres aspektust ökoszisztéma-kezelőnek nevezik. Winfield azt mondta, hogy ő felelős annak meghatározásáért, hogy „melyik robotok párosulnak”. Ez a párosítási folyamat evolúciós algoritmusokat használ a robotok új generációinak hihetetlenül gyorsan iterálására. A szoftverfolyamat kiszűri azokat a robotokat, amelyek nyilvánvalóan életképtelenek lehetnek, akár a gyártási kihívások, akár a nyilvánvalóan hibás tervezés miatt, például egy kifelé mutató robotot. A „gyermek” robotok ellenőrzött virtuális környezetben tanulnak, ahol a siker jutalma lesz. A legsikeresebbek ezután elérhetővé teszik genetikai kódjukat szaporodás céljából.

A legígéretesebb jelölteket átadják a RoboFabnak, hogy megépítsék és teszteljék. A RoboFab egy 3D nyomtatóból áll (egy a jelenlegi modellben, végül három), amely kinyomtatja a robot csontvázát, mielőtt átadná a robotnak. kar, hogy rögzítse azt, amit Winfield „szerveknek” nevez. Ezek a kerekekre, CPU-kra, fényérzékelőkre, szervomotorokra és más olyan alkatrészekre vonatkoznak, amelyeket nem lehet egyszerűen 3D-nyomtatott. Végül a robotkar minden szervet a fő testhez köt, hogy befejezze a robotot.

„Nem leszek túl technikás, de van egy probléma a szimuláció evolúciójával, amit valósághézagnak nevezünk” – mondta Winfield. „Ez azt jelenti, hogy a kizárólag szimulációban kifejlesztett cuccok általában nem működnek túl jól, ha a való világban próbáljuk futtatni. [Ennek az oka], mert a szimuláció leegyszerűsítése, a való világ absztrakciója. A valós világot nem lehet 100%-os pontossággal szimulálni korlátozott számítási költségvetés mellett.”

Bármennyire is próbálja, nehéz szimulálni a való világ tényleges dinamikáját. Például az elméletben működő mozgás nem biztos, hogy működik a rendetlen valóságban. Előfordulhat, hogy az érzékelők nem a szimulációban elérhető tiszta leolvasást biztosítják, hanem az információ homályos közelítését.

Az ARE kutatói úgy gondolják, hogy a szoftver és a hardver visszacsatolási hurokká történő kombinálásával nagy lépést tettek a probléma megoldása felé. Ahogy a fizikai robotok körbejárnak, sikereik és kudarcaik visszacsatolhatók az Ecosystem Manager szoftverbe, így biztosítva, hogy a robotok következő generációja még jobban alkalmazkodjon.

A véletlen replikátorok kockázata

"A nagy remény az, hogy valamikor az elkövetkező 12 hónap során meg tudjuk nyomni a start gombot, és látni fogjuk, hogy az egész folyamat automatikusan fut" - mondta Winfield.

Ez azonban nem az űrben lesz. Kezdetben ennek a kutatásnak az alkalmazásai nagyobb valószínűséggel 0n barátságtalan forgatókönyvet összpontosítanak a Földre, mint például az atomerőművek leszerelésének elősegítésére. Hale azt mondta, hogy a „valódi feladatokat ellátó, fejlődő robotok teljesen autonóm rendszerének végső célja több évtizednyi távolságra van”, bár időközben bizonyos szempontok a projekt – mint például a genetikai algoritmusok alkalmazása, Winfield szavaival élve a robotok „heterogén populációjának kifejlesztésére” – hasznos előrelépéseket tesz majd közelebb a itthon.

A projekt részeként a csapat azt tervezi, hogy a munkáit nyílt forráskódú formában is kiadja, így mások is építhetnek EvoSphere-ket, ha akarnak. „Képzelje el ezt a részecskegyorsító egyfajta megfelelőjeként, kivéve azt, ahelyett, hogy tanulmányozná elemi részecskéket, az agy-test koevolúciót és ennek minden aspektusát tanulmányozzuk" - Winfield mondott.

Ami az űrben replikáló robotok idővonalát illeti, valószínűleg jóval azután, hogy visszavonul. Előre lát egy olyan időpontot, amikor önreplikáló űrrobotok kolóniái lesznek? Igen, fenntartásokkal. „Az a tény, hogy ezt a rendszert egy olyan bolygóra küldi, ahol korlátozott mennyiségű elektronika áll rendelkezésre érzékelők, a korlátozott motorkészlet azt jelenti, hogy a dolog nem tud elszaladni, mert ezek véges erőforrások” – mondta mondott. „Ezek az erőforrások csökkenni fognak, mert az alkatrészek idővel meghibásodnak, tehát bizonyos értelemben beépített idővel rendelkezik. korlátozza, mert ezek az összetevők végül mind meghibásodnak – beleértve a RoboFabokat is maguk."

Szerette volna világossá tenni a projektnek ezt a „biztonsági aspektusát”, amely feltehetően mindaddig létezni fog, amíg nem. A robotok számára lehetővé válik, hogy anyagokat gyűjtsenek be a környezetükből, és felhasználják ezeket a kritikus szervelemek 3D-nyomtatására.

"Az ok, amiért előnyben részesítjük a központosított hardverrel rendelkező megközelítést, az az, hogy könnyű megállítani a folyamatot, könnyű megállítani a folyamatot" - mondta. „Amit nem akarunk befejezni, az véletlenül alkot Neumann replikátorok. Ez nagyon rossz ötlet lenne.”

Szerkesztői ajánlások

• Az automatizálás jövője: jönnek a robotok, de nem veszik el a munkádat
• Gyakorlatot nem igénylő protézisek: A bionika legújabb áttörése
• Ezek a robotok halálra pusztítják a gyomokat, így a gazdáknak nincs szükségük vegyi gyomirtókra
• Túl zúgott a vezetéshez? Ne aggódjon – ez az autonóm kocsi bár elvezet Önhöz
• Van egy óriási EMP blaster Új-Mexikóban. Ne aggódj, azért van itt, hogy megvédjen minket