Robôs auto-replicantes e em evolução prontos para colonizar o espaço

“Estamos tentando, se você quiser, inventar uma maneira completamente nova de projetar robôs que não exija que humanos realmente façam o projeto”, disse Alan Winfield. “Estamos desenvolvendo a máquina ou robô equivalente à seleção artificial, da mesma forma que os agricultores temos feito não apenas há séculos, mas há milênios... O que nos interessa é criar robôs. Quero dizer isso literalmente.

Winfield, que trabalha com software e sistemas robóticos desde o início dos anos 1980, é professor de Robótica Cognitiva no Laboratório de Robótica de Bristol da Universidade do Oeste da Inglaterra (UWE). Ele também é um dos cérebros por trás do Evolução do Robô Autônomo (ARE), um esforço plurianual realizado pela UWE, a Universidade de York, a Universidade Edinburgh Napier, a Universidade de Sunderland e a Vrije Universiteit Amsterdam. Seus criadores esperam que isso mude a maneira como os robôs são projetados e construídos. E tudo graças ao empréstimo de uma página da biologia evolutiva.

O conceito por trás do ARE é, pelo menos hipoteticamente, simples. Em quantos filmes de ficção científica você consegue imaginar onde um grupo de intrépidos exploradores pousa em um planeta e, apesar de suas melhores tentativas de planejamento, encontram-se totalmente despreparados para o que quer que sejam. encontro? Esta é a realidade para qualquer um dos cenários inóspitos em que possamos querer enviar robôs, especialmente quando aqueles lugares podem estar a dezenas de milhões de quilômetros de distância, como é o caso da exploração e possível habitação de outros planetas. Atualmente, robôs como o Rovers de Marte são construídos na Terra, de acordo com as nossas expectativas sobre o que encontrarão quando chegarem. Esta é a abordagem adotada pelos roboticistas porque, bem, não há outra opção disponível.

Mas e se fosse possível implantar uma espécie de fábrica em miniatura – consistindo de software especial, impressoras 3D, braços robóticos e outros equipamentos de montagem – que foram capazes de fabricar novos tipos de robôs personalizados com base em quaisquer condições encontradas pousar? Esses robôs poderiam ser aprimorados de acordo com os fatores ambientais e as tarefas que lhes são exigidas. Além do mais, usando uma combinação de evolução do mundo real e computacional, gerações sucessivas desses robôs poderiam se tornar ainda melhores nesses desafios. É nisso que a equipe Autonomous Robot Evolution está trabalhando.

“A ideia é que o que você pousa no planeta não seja um monte de robôs, mas na verdade um monte de RoboFabs”, Winfield disse à Digital Trends, referindo-se aos fabricantes de robôs ARE que ele e sua equipe de investigadores são prédio. “Os robôs produzidos pelos RoboFabs são literalmente testados no mundo real ambiente e, muito rapidamente, você descobre quais terão sucesso e quais não são."

Matt Hale, pós-doutorado no Bristol Robotics Lab que está construindo o RoboFab e projetando o processo pelo qual ele fabrica robôs físicos, disse à Digital Tendências: “A principal característica para mim é que será criado um robô físico que não foi projetado por uma pessoa, mas sim automaticamente pela evolução. algoritmo. Além disso, o comportamento deste indivíduo no mundo físico irá retroalimentar o algoritmo evolutivo e, assim, ajudar a ditar quais robôs serão produzidos a seguir.”

Bem-vindo à EvoSphere

Mimetizar processos evolutivos através de software é um conceito que tem sido explorado pelo menos desde a década de 1940, a mesma década em qual o ENIAC, um colosso de 32 toneladas que foi o primeiro computador digital eletrônico programável e de uso geral do mundo, foi acionado pela primeira vez tempo. Nos últimos anos daquela década, o matemático John von Neumann sugeriu que uma máquina artificial poderia ser construído que fosse capaz de se auto-replicar - o que significa que criaria cópias de si mesmo, que poderiam então criar mais cópias.

O conceito de Von Neumann, que antecedeu a inteligência artificial em mais de meia década, foi revolucionário. Isso despertou interesse no campo que ficou conhecido como Vida Artificial, ou ALife, uma combinação de tecnologia de computador ciência e bioquímica que tenta simular a vida natural e a evolução através do uso de computadores simulações.

Algoritmos evolutivos mostraram uma promessa genuína no mundo real. Por exemplo, um algoritmo genético criado pelo ex-cientista da NASA e engenheiro do Google Jason Lohn foi usado para projetar componentes de satélite usados ​​em missões espaciais reais da NASA. “Fiquei fascinado pelo poder da seleção natural”, Lohn me disse em meu livro Máquinas Pensantes. O que foi chocante no componente de satélite de Lohn, que foi iterado pelo algoritmo ao longo de muitos gerações, é que não só funcionou melhor do que qualquer projeto humano, mas também era totalmente incompreensível eles também. Lohn lembrou-se de que o componente parecia um “clipe de papel dobrado”.

É com isso que a equipe da ARE está entusiasmada: que os robôs que podem ser criados usando esse processo evolutivo possam ser otimizados de uma forma que nenhum criador humano jamais poderia sonhar. “Mesmo quando conhecemos perfeitamente o meio ambiente, a evolução artificial pode apresentar soluções tão novas que nenhum ser humano teria pensado nelas”, disse Winfield.

Existem duas partes principais no projeto ARE “EvoEsfera.” O aspecto do software é chamado de Gerenciador de Ecossistema. Winfield disse que é responsável por determinar “quais robôs serão acasalados”. Este processo de acasalamento usa algoritmos evolutivos para iterar novas gerações de robôs de forma incrivelmente rápida. O processo de software filtra quaisquer robôs que possam ser obviamente inviáveis, seja devido a desafios de fabricação ou a designs obviamente falhos, como um robô que aparece de dentro para fora. Os robôs “crianças” aprendem em um ambiente virtual controlado onde o sucesso será recompensado. Os mais bem sucedidos têm então o seu código genético disponibilizado para reprodução.

Os candidatos mais promissores são repassados ​​ao RoboFab para construção e teste. O RoboFab consiste em uma impressora 3D (uma no modelo atual, três eventualmente) que imprime o esqueleto do robô, antes de entregá-lo ao robô braço para anexar o que Winfield chama de “os órgãos”. Referem-se às rodas, CPUs, sensores de luz, servo motores e outros componentes que não podem ser facilmente Impresso em 3D. Finalmente, o braço do robô conecta cada órgão ao corpo principal para completar o robô.

“Não vou ser muito técnico, mas há um problema com a evolução na simulação que chamamos de lacuna de realidade”, disse Winfield. “Isso significa que coisas que são desenvolvidas exclusivamente em simulação geralmente não funcionam muito bem quando você tenta executá-las no mundo real. [A razão para isso é] porque uma simulação é uma simplificação, é uma abstração do mundo real. Você não pode simular o mundo real com 100% de fidelidade com um orçamento de computação limitado.”

Por mais que tente, é difícil simular a dinâmica real do mundo real. Por exemplo, a locomoção que funciona em teoria pode não funcionar numa realidade confusa. Os sensores podem não fornecer o tipo de leituras limpas disponíveis na simulação, mas sim aproximações difusas das informações.

Ao combinar software e hardware num ciclo de feedback, os investigadores da ARE pensam que podem ter dado um grande passo para resolver este problema. À medida que os robôs físicos viajam, os seus sucessos e fracassos podem ser transmitidos ao software Ecosystem Manager, garantindo que a próxima geração de robôs esteja ainda melhor adaptada.

O risco de replicadores inadvertidos

“A grande esperança é que em algum momento durante os próximos 12 meses, possamos pressionar o botão Iniciar e ver todo esse processo sendo executado automaticamente”, disse Winfield.

Isso não estará no espaço, no entanto. Inicialmente, é mais provável que as aplicações desta pesquisa se concentrem em cenários inóspitos na Terra, como ajudar no descomissionamento de usinas nucleares. Hale disse que o objetivo final de um “sistema totalmente autônomo para a evolução de robôs que realizam tarefas no mundo real ainda está a várias décadas de distância”, embora, enquanto isso, aspectos deste projeto – como o uso de algoritmos genéticos para, nas palavras de Winfield, “evoluir uma população heterogênea” de robôs – fará avanços úteis mais perto de lar.

Como parte do projeto, a equipe planeja lançar seus trabalhos em código aberto, para que outros possam construir EvoSpheres, se quiserem. “Imagine isso como uma espécie de equivalente a um acelerador de partículas, exceto que, em vez de estudar partículas elementares, estamos estudando a coevolução cérebro-corpo e todos os aspectos disso”, Winfield disse.

Quanto à linha do tempo de robôs auto-replicantes no espaço, é provável que demore muito depois de ele se aposentar. Ele prevê um momento em que teremos colônias de robôs espaciais auto-replicantes? Sim, com ressalvas. “O fato de você estar enviando este sistema para um planeta com um suprimento limitado de eletrônicos, um suprimento limitado de sensores, uma oferta limitada de motores significa que a coisa não pode fugir porque esses são recursos finitos”, disse ele. disse. “Esses recursos diminuirão porque as peças falharão com o tempo, então, de certa forma, você tem um tempo integrado limite devido ao fato de que todos esses componentes eventualmente falharão - incluindo o RoboFabs eles mesmos."

Ele fez questão de deixar claro esse “aspecto de segurança” do projeto, que, presumivelmente, existirá enquanto não for possível que os robôs coletem materiais de seu entorno e os usem para imprimir em 3D componentes críticos de órgãos.

“A razão pela qual preferimos a abordagem que tem um hardware centralizado é que é fácil interromper o processo, é fácil encerrar o processo”, disse ele. “O que não queremos acabar é criar inadvertidamente replicadores von Neumann. Isso seria uma péssima ideia.

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