רובוטים מתפתחים ומשכפלים את עצמם מוכנים ליישב את החלל

"אנחנו מנסים, אם תרצו, להמציא דרך חדשה לחלוטין לעצב רובוטים שלא דורשת מבני אדם לבצע את התכנון בפועל", אמר אלן ווינפילד. "אנחנו מפתחים את המקבילה של המכונה או הרובוט לברירה מלאכותית כמו החקלאים אנחנו עושים לא רק מאות שנים, אלא במשך אלפי שנים... מה שאנחנו מעוניינים בו הוא רבייה רובוטים. אני מתכוון לזה מילולית."

ווינפילד, שעובד עם תוכנה ומערכות רובוטיות מאז תחילת שנות ה-80, הוא פרופסור לרובוטיקה קוגניטיבית במעבדת הרובוטיקה של בריסטול באוניברסיטת מערב אנגליה (UWE). הוא גם אחד המוחות מאחורי ה אבולוציה רובוטית אוטונומית פרויקט (ARE), מאמץ רב שנתי שבוצע על ידי UWE, אוניברסיטת יורק, אוניברסיטת אדינבורו נאפיר, אוניברסיטת סנדרלנד והאוניברסיטה החופשית אמסטרדם. הוא ישנה, ​​כך מקווים יוצריו, את האופן שבו רובוטים מתוכננים ונבנים. והכל בזכות השאלת דף מהביולוגיה האבולוציונית.

הרעיון מאחורי ARE הוא, לפחות היפותטי, פשוט. כמה סרטי מדע בדיוני אתה יכול לחשוב שבהם נוחתת קבוצה של חוקרים חסרי פחד על כוכב לכת ולמרות מיטב הניסיונות שלהם לתכנן, מוצאים את עצמם לגמרי לא מוכנים לכל מה שהם יהיו פְּגִישָׁה? זו המציאות עבור כל אחד מהתרחישים הבלתי מסבירים שבהם אולי נרצה לשלוח רובוטים, במיוחד כאשר אלה מקומות יכולים להיות במרחק עשרות מיליוני קילומטרים, כפי שקורה לחקר ומגורים אפשריים אחרים כוכבי לכת. נכון לעכשיו, רובוטים כמו

רוברים של מאדים בנויים על כדור הארץ, בהתאם לציפיות שלנו מה הם ימצאו כשהם יגיעו. זו הגישה של רובוטיקים כי, ובכן, אין אפשרות אחרת זמינה.

אבל מה אם אפשר היה לפרוס מפעל מיניאטורי מסוגים - המורכב מתוכנות מיוחדות, מדפסות תלת מימד, זרועות רובוטים ו ציוד הרכבה אחר - שהיה מסוגל לייצר סוגים חדשים של רובוטים מותאמים אישית בהתבסס על כל התנאים שבהם הוא נמצא נְחִיתָה? ניתן היה לחדד את הרובוטים הללו בהתאם לגורמים סביבתיים ולפי המשימות הנדרשות מהם. יתרה מכך, באמצעות שילוב של אבולוציה בעולם האמיתי ואבולוציה חישובית, דורות עוקבים של רובוטים אלה יכולים להשתפר אפילו יותר באתגרים הללו. על זה עובד צוות האבולוציה הרובוט האוטונומי.

"הרעיון הוא שמה שאתה נוחת על הפלנטה הוא לא חבורה של רובוטים, זה למעשה חבורה של RoboFabs," Winfield אמר ל-Digital Trends, בהתייחס ליצרני הרובוטים של ARE שהוא וצוות החוקרים שלו הם בִּניָן. "הרובוטים שמיוצרים לאחר מכן על ידי ה-RoboFabs נבדקים ממש בכוכב הלכת האמיתי סביבה, ומהר מאוד אתה מבין אילו מהן יצליחו ואיזה לא."

מאט הייל, פוסט דוקטורט במעבדת הרובוטיקה של בריסטול שבונה את ה-RoboFab ומתכנן את התהליך שבו הוא מייצר רובוטים פיזיים, אמר לדיגיטל מגמות: "התכונה המרכזית עבורי היא שייווצר רובוט פיזי שלא תוכנן על ידי אדם, אלא באופן אוטומטי על ידי האבולוציוני אַלגוֹרִיתְם. יתר על כן, ההתנהגות של הפרט הזה בעולם הפיזי תיזון בחזרה לאלגוריתם האבולוציוני, וכך תעזור להכתיב אילו רובוטים ייוצרו בהמשך."

ברוכים הבאים ל-EvoSphere

חיקוי תהליכים אבולוציוניים באמצעות תוכנה הוא מושג שנחקר לפחות עוד בשנות ה-40, אותו עשור ב אשר ENIAC, קולוסוס של 32 טון שהיה המחשב הדיגיטלי האלקטרוני הראשון בעולם הניתן לתכנות ולשימוש כללי, הופעל לראשונה זְמַן. בשנים האחרונות של אותו עשור, המתמטיקאי ג'ון פון נוימן הציע שמכונה מלאכותית עשויה להיות בנוי שהיה מסוגל לשכפל את עצמו - כלומר הוא יצור עותקים של עצמו, אשר לאחר מכן יוכל ליצור עוד עותקים.

הרעיון של פון נוימן, שהקדים את הבינה המלאכותית ביותר מחצי עשור, היה מהפכני. זה עורר עניין בתחום שזכה לכינוי חיים מלאכותיים, או ALife, שילוב של מחשבים מדע וביוכימיה המנסה לדמות חיים טבעיים ואבולוציה באמצעות שימוש במחשב סימולציות.

אלגוריתמים אבולוציוניים הראו הבטחה אמיתית בעולם האמיתי. לדוגמה, אלגוריתם גנטי שנוצר על ידי מדען נאס"א לשעבר ומהנדס גוגל ג'ייסון לוהן שימש לתכנון רכיבי לוויין המשמשים במשימות חלל של נאס"א בפועל. "הייתי מוקסם מכוחה של הברירה הטבעית", אמר לי לוהן לספר שלי מכונות חשיבה. מה היה מזעזע ברכיב הלוויין של לוהן, שהוחזר על ידי האלגוריתם על פני רבים דורות, הוא שזה לא רק עבד טוב יותר מכל עיצוב אנושי, אלא שזה היה לגמרי לא מובן גם אותם. לוהן זכר שהרכיב נראה כמו "אטב נייר כפוף".

זה מה שצוות ARE מתלהב ממנו - שהרובוטים שניתן ליצור באמצעות תהליך אבולוציוני זה יכולים להתברר כמוטבים בצורה שאף יוצר אנושי לא יכול היה לחלום עליו. "גם כאשר אנו מכירים היטב את הסביבה, אבולוציה מלאכותית יכולה להמציא פתרונות כל כך חדשניים שאף אדם לא היה חושב עליהם", אמר ווינפילד.

ישנם שני חלקים עיקריים לפרויקט ARE "EvoSphere." היבט התוכנה נקרא מנהל המערכת האקולוגית. ווינפילד אמר שהיא אחראית לקבוע "אילו רובוטים ישודכו". תהליך ההזדווגות הזה משתמש באלגוריתמים אבולוציוניים כדי לחזור על דורות חדשים של רובוטים במהירות מדהימה. תהליך התוכנה מסנן כל רובוט שעלול להיות בלתי סביר בעליל, בין אם בגלל אתגרי ייצור או עיצובים פגומים בעליל, כמו רובוט שמופיע מבפנים. רובוטים "ילדים" לומדים בסביבה וירטואלית מבוקרת שבה ההצלחה תתוגמל. למצליחים ביותר, אז הקוד הגנטי שלהם זמין לרבייה.

המועמדים המבטיחים ביותר מועברים ל-RoboFab כדי לבנות ולבדוק. ה-RoboFab מורכב ממדפסת תלת מימד (אחת בדגם הנוכחי, שלוש בסופו של דבר) שמדפיסה את השלד של הרובוט, לפני מסירתו לרובוט זרוע כדי לחבר את מה שווינפילד מכנה "האיברים". אלה מתייחסים לגלגלים, מעבדים, חיישני אור, מנועי סרוו ורכיבים אחרים שלא ניתן בקלות מודפס בתלת מימד. לבסוף, זרוע הרובוט מחברת כל איבר לגוף הראשי כדי להשלים את הרובוט.

"אני לא אהיה יותר מדי טכני, אבל יש בעיה עם אבולוציה בסימולציה שאנחנו קוראים לה פער המציאות", אמר ווינפילד. "זה אומר שדברים שהתפתחו אך ורק בסימולציה בדרך כלל לא עובדים טוב מאוד כשאתה מנסה להפעיל אותם בעולם האמיתי. [הסיבה לכך היא] מכיוון שסימולציה היא פישוט, היא הפשטה של ​​העולם האמיתי. אי אפשר לדמות את העולם האמיתי ב-100% נאמנות בתקציב מחשוב מוגבל".

ככל שתנסה, קשה לדמות את הדינמיקה האמיתית של העולם האמיתי. לדוגמה, תנועה שעובדת בתיאוריה עשויה שלא לעבוד במציאות מבולגנת. ייתכן שחיישנים לא יספקו את סוג הקריאות הנקיות הזמינות בסימולציה, אלא קירובים מטושטשים של המידע.

על ידי שילוב של תוכנה וחומרה כאחד ללולאת משוב, חוקרי ARE חושבים שאולי עשו צעד גדול לקראת פתרון בעיה זו. כשהרובוטים הפיזיים מסתובבים, ניתן להחזיר את ההצלחות והכישלונות שלהם לתוכנת Ecosystem Manager, מה שמבטיח שהדור הבא של הרובוטים מותאם אפילו טוב יותר.

הסיכון של משכפלים בשוגג

"התקווה הגדולה היא שמתישהו במהלך 12 החודשים הבאים לערך, נוכל ללחוץ על כפתור ההתחלה ולראות את כל התהליך הזה פועל באופן אוטומטי", אמר ווינפילד.

עם זאת, זה לא יהיה בחלל. בתחילה, יישומים למחקר זה נוטים יותר למקד 0n תרחישים בלתי מסבירי פנים בכדור הארץ, כגון עזרה בפירוק תחנות כוח גרעיניות. הייל אמר שהמטרה הסופית של "מערכת אוטונומית מלאה לרובוטים מתפתחים שעושים משימה בעולם האמיתי נמצאת במרחק של כמה עשורים", אם כי בינתיים, היבטים של הפרויקט הזה - כמו השימוש באלגוריתמים גנטיים כדי, במילותיו של ווינפילד, "לפתח אוכלוסייה הטרוגנית" של רובוטים - יקרב את ההתקדמות השימושית בית.

כחלק מהפרויקט, הצוות מתכנן לשחרר את העבודות שלו בצורה של קוד פתוח, כך שאחרים יוכלו לבנות EvoSpheres אם ירצו. "דמיין את זה כסוג של מקבילה של מאיץ חלקיקים, חוץ מזה, במקום ללמוד חלקיקים אלמנטריים, אנחנו חוקרים קו-אבולוציה של מוח-גוף וכל ההיבטים של זה", ווינפילד אמר.

באשר לציר הזמן הזה של רובוטים המשכפלים את עצמם בחלל, סביר להניח שיעבור זמן רב אחרי שהוא יפרוש. האם הוא חוזה זמן שבו יהיו לנו מושבות של רובוטי חלל המשכפלים את עצמם? כן, עם אזהרות. "העובדה שאתה שולח את המערכת הזו לכוכב עם אספקה ​​מוגבלת של אלקטרוניקה, אספקה ​​מוגבלת של חיישנים, היצע מוגבל של מנועים אומר שהדבר לא יכול לברוח מכיוון שאלו משאבים סופיים", הוא אמר. "המשאבים האלה יצטמצמו כי חלקים ייכשלו עם הזמן, אז במובן מסוים, יש לך זמן מובנה מגבלה בגלל העובדה שבסופו של דבר רכיבים אלה ייכשלו כולם - כולל ה-RoboFabs עצמם."

הוא היה להוט להבהיר את "היבט הבטיחות" הזה של הפרויקט, אשר יתקיים, ככל הנראה, כל עוד הוא לא קיים. אפשרי לרובוטים לקצור חומרים מסביבתם ולהשתמש בהם כדי להדפיס רכיבי איברים קריטיים בתלת-ממד.

"הסיבה שאנחנו מעדיפים את הגישה שיש בה מעט חומרה מרוכזת היא שקל לעצור את התהליך, קל להרוג את התהליך", אמר. "מה שאנחנו לא רוצים לגמור איתו הוא יצירה בלי משים משכפלים פון נוימן. זה יהיה רעיון רע מאוד".

המלצות עורכים

• עתיד האוטומציה: רובוטים מגיעים, אבל הם לא ייקחו את העבודה שלך
• תותבות שאינן דורשות תרגול: בתוך פריצת הדרך האחרונה בתחום הביוניקה
• הרובוטים האלה מזרזים עשבים למוות כך שחקלאים לא צריכים קוטלי עשבים כימיים
• זמזום מכדי לנהוג? אל תדאג - הבר האוטונומי הזה לרכב ייסע אליך
• יש מכשיר EMP ענק בניו מקסיקו. אל תדאג, זה כאן כדי להגן עלינו