Robot in evoluzione e autoreplicanti pronti a colonizzare lo spazio

"Stiamo cercando, se vuoi, di inventare un modo completamente nuovo di progettare i robot che non richieda che gli esseri umani eseguano effettivamente la progettazione", ha affermato Alan Winfield. “Stiamo sviluppando l’equivalente meccanico o robotico della selezione artificiale così come fanno gli agricoltori fanno non solo da secoli, ma da millenni… Ciò che ci interessa è l’allevamento robot. Lo dico letteralmente.

Winfield, che lavora con software e sistemi robotici dall'inizio degli anni '80, è professore di robotica cognitiva presso il Bristol Robotics Lab presso l'Università dell'Inghilterra occidentale (UWE). È anche uno dei cervelli dietro il Evoluzione del robot autonomo (ARE), uno sforzo pluriennale portato avanti da UWE, l'Università di York, l'Università Napier di Edimburgo, l'Università di Sunderland e la Vrije Universiteit Amsterdam. I suoi creatori sperano che cambierà il modo in cui i robot vengono progettati e costruiti. Ed è tutto grazie al fatto di aver preso in prestito una pagina dalla biologia evoluzionistica.

Il concetto alla base di ARE è, almeno ipoteticamente, semplice. Quanti film di fantascienza riesci a pensare a dove un gruppo di intrepidi esploratori atterra su un pianeta e, nonostante i loro migliori tentativi di pianificazione, si ritrovano del tutto impreparati per qualunque cosa accada incontrare? Questa è la realtà per tutti gli scenari inospitali in cui potremmo voler inviare robot, soprattutto quando quelli i luoghi potrebbero trovarsi a decine di milioni di chilometri di distanza, come nel caso dell'esplorazione e della possibile abitazione di altri pianeti. Attualmente, ai robot piace il Rover su Marte sono costruiti sulla Terra, secondo le nostre aspettative su ciò che troveranno al loro arrivo. Questo è l’approccio adottato dai robotisti perché, beh, non c’è altra opzione disponibile.

Ma cosa accadrebbe se fosse possibile realizzare una sorta di fabbrica in miniatura, composta da software speciali, stampanti 3D, bracci robotici e altre attrezzature di assemblaggio, in grado di produrre nuovi tipi di robot personalizzati in base alle condizioni trovate approdo? Questi robot potrebbero essere perfezionati in base sia ai fattori ambientali che ai compiti loro richiesti. Inoltre, utilizzando una combinazione di evoluzione del mondo reale e computazionale, le generazioni successive di questi robot potrebbero migliorare ulteriormente queste sfide. Questo è ciò su cui sta lavorando il team di Autonomous Robot Evolution.

"L'idea è che ciò che atterri sul pianeta non è un gruppo di robot, ma in realtà un gruppo di RoboFabs," Winfield ha detto a Digital Trends, riferendosi ai costruttori di robot ARE che lui e il suo team di investigatori sono edificio. “I robot che poi vengono prodotti dai RoboFabs vengono letteralmente testati nel mondo reale ambiente e, molto rapidamente, capisci quali avranno successo e quali non sono."

Matt Hale, un postdoc del Bristol Robotics Lab che sta costruendo la RoboFab e progettando il processo attraverso il quale produce robot fisici, ha detto a Digital Tendenze: “La caratteristica fondamentale per me è che verrà creato un robot fisico che non è stato progettato da una persona, ma invece automaticamente dall’evoluzione algoritmo. Inoltre, il comportamento di questo individuo nel mondo fisico si rifletterà nell’algoritmo evolutivo, contribuendo così a dettare quali robot verranno prodotti successivamente”.

Benvenuti nell'EvoSfera

Imitare i processi evolutivi attraverso il software è un concetto che è stato esplorato almeno fin dagli anni ’40, lo stesso decennio in cui quale ENIAC, un colosso da 32 tonnellate che è stato il primo computer digitale elettronico programmabile e multiuso al mondo, è stato lanciato per la prima volta tempo. Negli ultimi anni di quel decennio, il matematico John von Neumann suggerì che potesse esistere una macchina artificiale costruito che fosse in grado di auto-replicarsi, il che significa che avrebbe creato copie di se stesso, che avrebbero poi potuto crearne altre copie.

Il concetto di Von Neumann, che ha preceduto l’intelligenza artificiale di oltre mezzo decennio, era rivoluzionario. Ha suscitato interesse nel campo che è diventato noto come Vita Artificiale, o ALife, una combinazione di computer scienza e biochimica che tenta di simulare la vita naturale e l'evoluzione attraverso l'uso del computer simulazioni.

Gli algoritmi evolutivi hanno mostrato una reale promessa nel mondo reale. Ad esempio, un algoritmo genetico creato dall’ex scienziato della NASA e ingegnere di Google Jason Lohn è stato utilizzato per progettare componenti satellitari utilizzati nelle reali missioni spaziali della NASA. "Ero affascinato dal potere della selezione naturale", mi ha detto Lohn per il mio libro Macchine Pensanti. Ciò che è stato scioccante nella componente satellitare di Lohn, che è stata ripetuta dall'algoritmo su molti generazioni, è che non solo funzionava meglio di qualsiasi progetto umano, ma era del tutto incomprensibile anche loro. Lohn ricordava che il componente sembrava una "graffetta piegata".

Questo è ciò di cui il team ARE è entusiasta: che i robot che possono essere creati utilizzando questo processo evolutivo possano rivelarsi ottimizzati in un modo che nessun creatore umano potrebbe mai sognare. "Anche quando conosciamo perfettamente l'ambiente, l'evoluzione artificiale può trovare soluzioni così nuove che nessun essere umano ci avrebbe mai pensato", ha detto Winfield.

Il progetto ARE si compone di due parti principali “Evosfera”. L'aspetto software è chiamato Ecosystem Manager. Winfield ha affermato che è responsabile di determinare “quali robot devono essere accoppiati”. Questo processo di accoppiamento utilizza algoritmi evolutivi per ripetere le nuove generazioni di robot in modo incredibilmente rapido. Il processo software filtra tutti i robot che potrebbero essere ovviamente non vitali, a causa di problemi di produzione o di progetti evidentemente imperfetti, come un robot che appare al rovescio. I robot “bambini” imparano in un ambiente virtuale controllato dove il successo sarà premiato. Quelli di maggior successo hanno poi il loro codice genetico reso disponibile per la riproduzione.

I candidati più promettenti vengono trasmessi a RoboFab per la creazione e il test. Il RoboFab è costituito da una stampante 3D (una nel modello attuale, tre eventualmente) che stampa lo scheletro del robot, prima di consegnarlo al robot braccio per attaccare quelli che Winfield chiama “gli organi”. Si riferiscono a ruote, CPU, sensori di luce, servomotori e altri componenti che non possono essere facilmente sostituiti Stampato in 3D. Infine, il braccio del robot collega ciascun organo al corpo principale per completare il robot.

"Non entrerò troppo nel tecnico, ma c'è un problema con l'evoluzione nella simulazione che chiamiamo divario di realtà", ha detto Winfield. “Significa che le cose sviluppate esclusivamente nella simulazione generalmente non funzionano molto bene quando provi a eseguirle nel mondo reale. [La ragione di ciò è] perché una simulazione è una semplificazione, è un’astrazione del mondo reale. Non è possibile simulare il mondo reale con una fedeltà del 100% con un budget informatico limitato”.

Per quanto ci provi, è difficile simulare le dinamiche reali del mondo reale. Ad esempio, la locomozione che funziona in teoria potrebbe non funzionare nella caotica realtà. I sensori potrebbero non fornire il tipo di letture pulite disponibili nella simulazione, ma piuttosto approssimazioni confuse delle informazioni.

Combinando software e hardware in un ciclo di feedback, i ricercatori dell'ARE pensano di aver fatto un grande passo avanti verso la risoluzione di questo problema. Mentre i robot fisici viaggiano, i loro successi e fallimenti possono essere trasmessi al software Ecosystem Manager, garantendo che la prossima generazione di robot si adatti ancora meglio.

Il rischio di replicatori involontari

"La grande speranza è che, nel corso dei prossimi 12 mesi circa, saremo in grado di premere il pulsante di avvio e vedere l'intero processo funzionare automaticamente", ha affermato Winfield.

Questo non sarà nello spazio, tuttavia. Inizialmente, è più probabile che le applicazioni di questa ricerca si concentrino su scenari inospitali sulla Terra, come il contributo allo smantellamento delle centrali nucleari. Hale ha affermato che l’obiettivo finale di un “sistema completamente autonomo per l’evoluzione dei robot che svolgono un compito nel mondo reale è lontano diversi decenni”, anche se nel frattempo alcuni aspetti di questo progetto – come l’uso di algoritmi genetici per, secondo le parole di Winfield, “far evolvere una popolazione eterogenea” di robot – porterà utili progressi più vicini casa.

Come parte del progetto, il team prevede di rilasciare i propri lavori in modalità open source, in modo che altri possano creare EvoSpheres se lo desiderano. “Immaginate questo come una sorta di equivalente di un acceleratore di particelle, tranne che, invece di studiare particelle elementari, stiamo studiando la coevoluzione cervello-corpo e tutti i suoi aspetti", Winfield disse.

Per quanto riguarda la sequenza temporale dei robot autoreplicanti nello spazio, è probabile che passerà molto tempo dopo il suo ritiro. Prevede un momento in cui avremo colonie di robot spaziali autoreplicanti? Sì, con avvertenze. “Il fatto che stai inviando questo sistema su un pianeta con una fornitura limitata di elettronica, una fornitura limitata di sensori, una fornitura limitata di motori significa che la cosa non può scappare perché si tratta di risorse limitate”, ha disse. “Tali risorse diminuiranno perché le parti si guastano nel tempo, quindi in un certo senso hai un tempo incorporato limite a causa del fatto che questi componenti prima o poi falliranno tutti, compresi i RoboFabs loro stessi."

Ha voluto chiarire questo “aspetto sicurezza” del progetto, che presumibilmente esisterà finché non sarà possibile per i robot raccogliere materiali dall’ambiente circostante e utilizzarli per stampare in 3D componenti critici di organi.

“Il motivo per cui preferiamo l’approccio che prevede un hardware centralizzato è che è facile fermare il processo, è facile ucciderlo”, ha affermato. “Ciò a cui non vogliamo finire è creare inavvertitamente Replicatori di von Neumann. Sarebbe una pessima idea”.

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