Ewoluujące, samoreplikujące się roboty gotowe do kolonizacji kosmosu

„Próbujemy, jeśli wolisz, wymyślić zupełnie nowy sposób projektowania robotów, który nie wymaga od człowieka faktycznego projektowania” – powiedział Alana Winfielda. „Opracowujemy maszynę lub robot będący odpowiednikiem sztucznej selekcji na wzór rolników zajmujemy się nie tylko od wieków, ale od tysiącleci… Nas interesuje hodowla roboty. Mam na myśli to dosłownie.”

Winfield, który zajmuje się oprogramowaniem i systemami robotycznymi od początku lat 80. XX wieku, jest profesorem robotyki kognitywnej w Bristol Robotics Lab na Uniwersytecie Zachodniej Anglii (UWE). Jest także jednym z mózgów stojących za Ewolucja autonomicznego robota (ARE) to wieloletni projekt realizowany przez UWE, Uniwersytet w Yorku, Uniwersytet w Edynburgu Napier, Uniwersytet w Sunderland i Vrije Universiteit Amsterdam. Twórcy mają nadzieję, że zmieni to sposób projektowania i budowy robotów. A wszystko to dzięki zapożyczeniu strony z biologii ewolucyjnej.

Koncepcja stojąca za ARE jest, przynajmniej hipotetycznie, prosta. Ile filmów science fiction przychodzi Ci na myśl, gdzie grupa nieustraszonych odkrywców ląduje na planecie? i pomimo najlepszych prób planowania, okazują się całkowicie nieprzygotowani na cokolwiek spotkanie? Taka jest rzeczywistość w przypadku każdego niegościnnego scenariusza, w którym moglibyśmy chcieć wysłać roboty, zwłaszcza gdy te miejsca mogą być oddalone o dziesiątki milionów mil, jak ma to miejsce w przypadku eksploracji i ewentualnego zamieszkiwania innych planety. Obecnie roboty takie jak Łaziki marsjańskie są budowane na Ziemi, zgodnie z naszymi oczekiwaniami co do tego, co zastaną po przybyciu. Takie podejście przyjmują robotycy, ponieważ, cóż, nie ma innej dostępnej opcji.

Ale co by było, gdyby można było wdrożyć swego rodzaju miniaturową fabrykę – składającą się ze specjalnego oprogramowania, drukarek 3D, ramion robotów i inny sprzęt montażowy – który był w stanie wyprodukować nowe rodzaje robotów na zamówienie w oparciu o dowolne warunki, jakie napotkał lądowanie? Roboty te można udoskonalać zarówno pod kątem czynników środowiskowych, jak i wymaganych od nich zadań. Co więcej, dzięki połączeniu ewolucji w świecie rzeczywistym i ewolucji obliczeniowej, kolejne generacje tych robotów mogłyby jeszcze lepiej radzić sobie z tymi wyzwaniami. Właśnie nad tym pracuje zespół Autonomous Robot Evolution.

„Chodzi o to, że to, co ląduje na planecie, to nie grupa robotów, tylko grupa RoboFabów” – Winfield powiedział Digital Trends, odnosząc się do producentów robotów ARE, którymi jest on i jego zespół śledczych budynek. „Roboty produkowane następnie przez RoboFab są dosłownie testowane na prawdziwej planecie środowisku i bardzo szybko zorientujesz się, które z nich odniosą sukces, a które nie są."

Matta Hale’a, postdoc w Bristol Robotics Lab, który buduje RoboFab i projektuje proces produkcji fizycznych robotów, powiedział Digital Trendy: „Kluczową cechą jest dla mnie to, że powstanie fizyczny robot, który nie został zaprojektowany przez człowieka, ale automatycznie przez organizm ewolucyjny algorytm. Co więcej, zachowanie tej osoby w świecie fizycznym zostanie uwzględnione w algorytmie ewolucyjnym, pomagając w ten sposób w ustaleniu, jakie roboty zostaną wyprodukowane w następnej kolejności”.

Witamy w EvoSferze

Naśladowanie procesów ewolucyjnych za pomocą oprogramowania to koncepcja, którą badano co najmniej już w latach czterdziestych XX wieku, w tym samym dziesięcioleciu w którym ENIAC, 32-tonowy kolos będący pierwszym na świecie programowalnym elektronicznym komputerem cyfrowym ogólnego przeznaczenia, został odpalony po raz pierwszy czas. W ostatnich latach tej dekady matematyk John von Neumann zasugerował, że mogłaby to być sztuczna maszyna zbudowany, który był w stanie się samoreplikować, co oznacza, że ​​tworzył swoje kopie, które następnie mogły tworzyć więcej kopie.

Koncepcja von Neumanna, która wyprzedziła sztuczną inteligencję o ponad pół dekady, była rewolucyjna. Wywołało to zainteresowanie dziedziną, która stała się znana jako Sztuczne Życie lub ALife, będące połączeniem komputera nauka i biochemia, która próbuje symulować naturalne życie i ewolucję za pomocą komputera symulacje.

Algorytmy ewolucyjne okazały się naprawdę obiecujące w świecie rzeczywistym. Na przykład algorytm genetyczny stworzony przez byłego naukowca NASA i inżyniera Google Jasona Lohna został wykorzystany do zaprojektowania komponentów satelitów wykorzystywanych w rzeczywistych misjach kosmicznych NASA. „Byłem zafascynowany siłą doboru naturalnego” – powiedział mi Lohn w swojej książce Myślące Maszyny. Co było szokujące w komponencie satelitarnym Lohna, który był powtarzany przez algorytm w wielu przypadkach pokoleń, jest to, że nie tylko działało to lepiej niż jakikolwiek ludzki projekt, ale było całkowicie niezrozumiałe oni także. Lohn pamiętał, że element wyglądał jak „wygięty spinacz do papieru”.

To właśnie ekscytuje zespół ARE — fakt, że roboty, które można stworzyć w procesie ewolucyjnym, mogą okazać się zoptymalizowane w sposób, o jakim żaden twórca nie mógł sobie nawet wyobrazić. „Nawet jeśli doskonale znamy środowisko, sztuczna ewolucja może zaproponować rozwiązania tak nowatorskie, że żaden człowiek by o nich nie pomyślał” – powiedział Winfield.

Projekt ARE składa się z dwóch głównych części „EvoSfera”. Aspekt oprogramowania nazywany jest Menedżerem Ekosystemu. Winfield powiedział, że odpowiada za określenie, „które roboty zostaną połączone”. Ten proces łączenia wykorzystuje algorytmy ewolucyjne do niewiarygodnie szybkiego tworzenia nowych generacji robotów. Proces tworzenia oprogramowania odfiltrowuje wszelkie roboty, które w oczywisty sposób mogą być nieopłacalne ze względu na wyzwania produkcyjne lub ewidentnie wadliwe projekty, np. robot wyglądający na lewą stronę. Roboty „dziecięce” uczą się w kontrolowanym środowisku wirtualnym, w którym sukces zostanie nagrodzony. W przypadku osobników odnoszących największe sukcesy udostępnia się wówczas kod genetyczny do reprodukcji.

Najbardziej obiecujący kandydaci są przekazywani RoboFabowi w celu zbudowania i przetestowania. RoboFab składa się z drukarki 3D (jednej w obecnym modelu, trzech docelowo), która drukuje szkielet robota przed przekazaniem go robotowi ramię, aby przyczepić to, co Winfield nazywa „narządami”. Odnoszą się one do kół, procesorów, czujników światła, serwomotorów i innych komponentów, których nie można łatwo zamontować Wydrukowane w 3D. Na koniec ramię robota łączy każdy organ z korpusem głównym, aby ukończyć robota.

„Nie będę się wdawał w szczegóły techniczne, ale istnieje problem ewolucji w symulacji, który nazywamy luką w rzeczywistości” – powiedział Winfield. „Oznacza to, że rzeczy opracowane wyłącznie w symulacji zazwyczaj nie działają zbyt dobrze, gdy próbujesz uruchomić je w prawdziwym świecie. [Powodem tego jest] to, że symulacja jest uproszczeniem, jest abstrakcją prawdziwego świata. Nie da się symulować prawdziwego świata ze 100% wiernością przy ograniczonym budżecie obliczeniowym.”

Choć możesz, trudno jest symulować rzeczywistą dynamikę prawdziwego świata. Na przykład lokomocja, która sprawdza się w teorii, może nie działać w nieuporządkowanej rzeczywistości. Czujniki mogą nie zapewniać czystych odczytów dostępnych w symulacji, ale raczej rozmyte przybliżenia informacji.

Łącząc oprogramowanie i sprzęt w pętlę sprzężenia zwrotnego, badacze z ARE uważają, że mogli zrobić duży krok w kierunku rozwiązania tego problemu. W miarę przemieszczania się fizycznych robotów ich sukcesy i niepowodzenia mogą być przesyłane do oprogramowania Ecosystem Manager, dzięki czemu roboty nowej generacji będą jeszcze lepiej przystosowane.

Ryzyko niezamierzonych replikatorów

„Wiele nadziei polega na tym, że gdzieś w ciągu najbliższych 12 miesięcy będziemy mogli nacisnąć przycisk Start i zobaczyć, jak cały proces przebiega automatycznie” – powiedział Winfield.

To jednak nie będzie w kosmosie. Początkowo zastosowania tych badań będą raczej skupiać się na niegościnnych scenariuszach na Ziemi, takich jak pomoc w likwidacji elektrowni jądrowych. Hale powiedział, że ostateczny cel, jakim jest „w pełni autonomiczny system ewoluujących robotów wykonujących zadania w świecie rzeczywistym, dopiero za kilka dekad”, choć w międzyczasie pewne aspekty tego projektu — takie jak wykorzystanie algorytmów genetycznych do, jak mówi Winfield „ewolucji heterogenicznej populacji” robotów — przybliży użyteczne postępy do dom.

W ramach projektu zespół planuje udostępnić swoje prace w formacie open source, aby inni mogli budować EvoSpheres, jeśli chcą. „Wyobraźcie sobie to jako swego rodzaju odpowiednik akceleratora cząstek, z tą różnicą, że zamiast się uczyć cząstek elementarnych, badamy koewolucję mózgu i ciała i wszystkie jej aspekty” – Winfield powiedział.

Jeśli chodzi o harmonogram samoreplikujących się robotów w kosmosie, prawdopodobnie minie dużo czasu po jego przejściu na emeryturę. Czy przewiduje czas, w którym będziemy mieli kolonie samoreplikujących się robotów kosmicznych? Tak, z zastrzeżeniami. „Fakt, że wysyłasz ten system na planetę z ograniczoną podażą elektroniki, ograniczoną podażą czujników, ograniczona podaż silników oznacza, że ​​to coś nie może uciec, bo zasoby są ograniczone” – mówi powiedział. „Te zasoby będą się zmniejszać, ponieważ części z biegiem czasu będą ulegać awariom, więc w pewnym sensie masz wbudowany czas ograniczyć ze względu na fakt, że ostatecznie wszystkie te komponenty ulegną awarii — łącznie z RoboFabami sobie."

Chciał wyjaśnić ten „aspekt bezpieczeństwa” projektu, który prawdopodobnie będzie istniał tak długo, jak nie zostanie możliwe, że roboty będą zbierać materiały z otoczenia i wykorzystywać je do drukowania 3D kluczowych elementów narządów.

„Powodem, dla którego wolimy podejście oparte na scentralizowanym sprzęcie, jest to, że łatwo jest zatrzymać proces i łatwo go zakończyć” – powiedział. „Nie chcemy skończyć z przypadkowym tworzeniem Replikatory von Neumanna. To byłby bardzo zły pomysł.”

Zalecenia redaktorów

• Przyszłość automatyzacji: Roboty nadchodzą, ale nie zabiorą Ci pracy
• Protetyka niewymagająca praktyki: najnowsze przełomy w bionice
• Te roboty tasują chwasty na śmierć, więc rolnicy nie potrzebują chemicznych herbicydów
• Zbyt napięty, żeby prowadzić? Nie martw się – ten autonomiczny bar samochodowy przyjedzie do Ciebie
• W Nowym Meksyku jest gigantyczny miotacz EMP. Nie martw się, jest tutaj, aby nas chronić