Roboți în evoluție, autoreplicabile, gata să colonizeze spațiul

„Încercăm, dacă doriți, să inventăm o modalitate complet nouă de a proiecta roboți, care nu necesită ca oamenii să facă de fapt proiectarea”, a spus Alan Winfield. „Dezvoltăm mașina sau robotul echivalent al selecției artificiale în modul în care fermierii am făcut nu doar de secole, ci de milenii... Ceea ce ne interesează este reproducerea roboți. Adică la propriu.”

Winfield, care lucrează cu software și sisteme robotice de la începutul anilor 1980, este profesor de robotică cognitivă în Laboratorul de Robotică Bristol de la Universitatea de Vest a Angliei (UWE). El este, de asemenea, unul dintre creierele din spatele Evoluția robotului autonom (ARE), un efort multianual realizat de UWE, Universitatea din York, Universitatea Edinburgh Napier, Universitatea din Sunderland și Vrije Universiteit Amsterdam. Creatorii săi speră că va schimba modul în care roboții sunt proiectați și construiți. Și totul se datorează împrumutului unei pagini din biologia evoluționistă.

Conceptul din spatele ARE este, cel puțin ipotetic, simplu. Câte filme științifico-fantastice vă puteți gândi unde un grup de exploratori temeriți aterizează pe o planetă și, în ciuda celor mai bune încercări de planificare, se trezesc complet nepregătiți pentru orice ar fi întâlni? Aceasta este realitatea pentru oricare dintre scenariile neospitaliere în care am putea dori să trimitem roboți, mai ales atunci când aceștia locurile ar putea fi la zeci de milioane de mile depărtare, așa cum este cazul pentru explorarea și posibila locuire a altora planete. În prezent, roboții ca rovere pe Marte sunt construite pe Pământ, conform așteptărilor noastre cu privire la ceea ce vor găsi când vor ajunge. Aceasta este abordarea pe care o adoptă robotiștii, deoarece, ei bine, nu există altă opțiune disponibilă.

Dar dacă ar fi posibil să desfășoare un fel de fabrică în miniatură – constând din software special, imprimante 3D, brațe robot și alte echipamente de asamblare — care au putut să producă noi tipuri de roboți personalizați, în funcție de condițiile în care se afla aterizare? Acești roboți ar putea fi perfecționați atât în ​​funcție de factorii de mediu, cât și de sarcinile cerute acestora. În plus, folosind o combinație de evoluție din lumea reală și cea computațională, generațiile succesive ale acestor roboți ar putea fi îmbunătățite și mai bine la aceste provocări. La asta lucrează echipa Autonomous Robot Evolution.

„Ideea este că ceea ce aterizați pe planetă nu este o grămadă de roboți, ci de fapt o grămadă de RoboFabs.” Winfield a declarat pentru Digital Trends, referindu-se la producătorii de roboți ARE, el și echipa sa de investigatori clădire. „Roboții care sunt apoi produși de RoboFabs sunt testați literalmente în planetar real mediu și, foarte repede, îți dai seama care dintre ele vor avea succes și care nu sunt."

Matt Hale, un post-doctorat în Laboratorul de Robotică din Bristol care construiește RoboFab-ul și proiectează procesul prin care produce roboți fizici, a declarat pentru Digital Tendințe: „Caracteristica cheie pentru mine este că va fi creat un robot fizic care nu a fost proiectat de o persoană, ci în schimb automat de către evoluția algoritm. Mai mult decât atât, comportamentul acestui individ în lumea fizică va alimenta algoritmul evolutiv și, astfel, va ajuta să dicteze ce roboți vor fi produși în continuare.”

Bun venit în EvoSphere

Mimarea proceselor evolutive prin intermediul software-ului este un concept care a fost explorat cel puțin încă din anii 1940, același deceniu în care ENIAC, un colos de 32 de tone care a fost primul computer digital electronic programabil, de uz general, a fost pornit pentru prima timp. În ultimii ani ai acelui deceniu, matematicianul John von Neumann a sugerat că o mașină artificială ar putea fi construit care a fost capabil să se autoreproducă, ceea ce înseamnă că va crea copii ale ei înșiși, care ar putea apoi să creeze mai multe copii.

Conceptul lui Von Neumann, care a precedat inteligența artificială cu mai bine de jumătate de deceniu, a fost revoluționar. A stârnit interesul în domeniul care a ajuns să fie cunoscut sub numele de Viața Artificială, sau ALife, o combinație de computer știință și biochimie care încearcă să simuleze viața naturală și evoluția prin utilizarea computerului simulări.

Algoritmii evolutivi au arătat o promisiune autentică în lumea reală. De exemplu, un algoritm genetic creat de fostul om de știință al NASA și inginer Google Jason Lohn a fost folosit pentru a proiecta componente de satelit utilizate în misiunile spațiale reale ale NASA. „Am fost fascinat de puterea selecției naturale”, mi-a spus Lohn pentru cartea mea Mașini de gândire. Ce a fost șocant în legătură cu componenta satelit a lui Lohn, care a fost repetată de algoritm peste mulți generații, este că nu numai că a funcționat mai bine decât orice proiect uman, dar a fost total de neînțeles si ei. Lohn și-a amintit că componenta arăta ca o „clemă îndoită”.

Acesta este motivul pentru care echipa ARE este încântată - că roboții care pot fi creați folosind acest proces evolutiv s-ar putea dovedi a fi optimizați într-un mod la care niciun creator uman nu ar putea visa vreodată. „Chiar și atunci când cunoaștem mediul perfect, evoluția artificială poate veni cu soluții atât de noi încât niciun om nu s-ar fi gândit la ele”, a spus Winfield.

Există două părți principale ale proiectului ARE „EvoSphere.” Aspectul software se numește Ecosystem Manager. Winfield a spus că este responsabil pentru determinarea „ce roboți vor fi împerecheați”. Acest proces de împerechere folosește algoritmi evolutivi pentru a repeta noile generații de roboți incredibil de rapid. Procesul software filtrează orice roboți care ar putea fi în mod evident neviabil, fie din cauza provocărilor de producție, fie din cauza designurilor evident defecte, cum ar fi un robot care apare pe dos. Roboții „copii” învață într-un mediu virtual controlat, unde succesul va fi răsplătit. Cei mai de succes au codul lor genetic pus la dispoziție pentru reproducere.

Cei mai promițători candidați sunt transferați la RoboFab pentru a construi și a testa. RoboFab constă dintr-o imprimantă 3D (una în modelul actual, trei eventual) care imprimă scheletul robotului, înainte de a-l preda robotului. brațul pentru a atașa ceea ce Winfield numește „organele”. Acestea se referă la roți, procesoare, senzori de lumină, servomotoare și alte componente care nu pot fi ușor Imprimat 3D. În cele din urmă, brațul robotului conectează fiecare organ la corpul principal pentru a finaliza robotul.

„Nu voi deveni prea tehnic, dar există o problemă cu evoluția în simulare pe care o numim decalajul realității”, a spus Winfield. „Înseamnă că lucrurile care sunt dezvoltate exclusiv în simulare, în general, nu funcționează foarte bine atunci când încerci să le rulezi în lumea reală. [Motivul este] pentru că o simulare este o simplificare, este o abstractizare a lumii reale. Nu puteți simula lumea reală cu o fidelitate de 100% la un buget de calcul limitat.”

Oricât ai încerca, este greu să simulezi dinamica reală a lumii reale. De exemplu, locomoția care funcționează în teorie poate să nu funcționeze în realitate dezordonată. Senzorii ar putea să nu ofere tipul de citiri clare disponibile în simulare, ci mai degrabă aproximări neclare ale informațiilor.

Combinând atât software-ul, cât și hardware-ul într-o buclă de feedback, cercetătorii ARE cred că s-ar putea să fi făcut un pas mare către rezolvarea acestei probleme. Pe măsură ce roboții fizici călătoresc, succesele și eșecurile lor pot fi transmise software-ului Ecosystem Manager, asigurându-se că următoarea generație de roboți este și mai bine adaptată.

Riscul replicatorilor inadvertenți

„Speranța cea mare este că cândva în următoarele 12 luni sau cam asa ceva, vom putea apăsa butonul de pornire și vom vedea că întregul proces rulează automat”, a spus Winfield.

Totuși, acest lucru nu va fi în spațiu. Inițial, este mai probabil ca aplicațiile pentru această cercetare să se concentreze pe scenarii neospitaliere de pe Pământ, cum ar fi ajutarea la dezafectarea centralelor nucleare. Hale a spus că obiectivul final al unui „sistem complet autonom pentru roboții în evoluție care efectuează o sarcină în lumea reală este la câteva decenii”, deși, între timp, anumite aspecte a acestui proiect – cum ar fi utilizarea algoritmilor genetici pentru, în cuvintele lui Winfield, „a evolua o populație eterogenă” de roboți – va face progrese utile mai aproape de Acasă.

Ca parte a proiectului, echipa plănuiește să-și lanseze lucrările într-o manieră open-source, astfel încât alții să poată construi EvoSpheres dacă doresc. „Imaginați-vă acest lucru ca pe un fel de echivalent al unui accelerator de particule, cu excepția faptului că, în loc să studiați particulele elementare, studiem coevoluția creier-corp și toate aspectele acesteia”, Winfield a spus.

În ceea ce privește cronologia roboților auto-replicatori în spațiu, este probabil să dureze mult după ce se retrage. Prevede el un moment în care vom avea colonii de roboți spațiali auto-replicabili? Da, cu avertismente. „Faptul că trimiți acest sistem pe o planetă cu o aprovizionare limitată de electronice, o aprovizionare limitată de senzori, o aprovizionare limitată de motoare înseamnă că lucrul nu poate fugi pentru că acestea sunt resurse limitate”, el a spus. „Aceste resurse se vor diminua, deoarece piesele vor eșua în timp, așa că, într-un anumit sens, aveți un timp încorporat. limită din cauza faptului că acele componente vor eșua în cele din urmă - inclusiv RoboFabs înșiși."

El a dorit să clarifice acest „aspect de siguranță” al proiectului, care, probabil, va exista atâta timp cât nu va fi. este posibil ca roboții să recolteze materiale din împrejurimile lor și să le utilizeze pentru a imprima 3D componente ale organelor critice.

„Motivul pentru care preferăm abordarea care are o parte hardware centralizată este că este ușor să opriți procesul, este ușor să omorâți procesul”, a spus el. „Ceea ce nu vrem să ajungem este să creăm din neatenție replicatori von Neumann. Ar fi o idee foarte proastă.”

Recomandările editorilor

• Viitorul automatizării: roboții vin, dar nu îți vor lua locul de muncă
• Proteze care nu necesită practică: În interiorul celei mai recente descoperiri în bionică
• Acești roboți distrug buruienile până la moarte, astfel încât fermierii să nu aibă nevoie de erbicide chimice
• Prea bâzâit pentru a conduce? Nu vă faceți griji - acest bar auto autonom va conduce la dvs
• Există un blaster EMP gigant în New Mexico. Nu vă faceți griji, este aici pentru a ne proteja