Развивающиеся самовоспроизводящиеся роботы готовы колонизировать космос

«Мы пытаемся, если хотите, изобрести совершенно новый способ проектирования роботов, который не требует, чтобы люди фактически занимались проектированием», — сказал он. Алан Уинфилд. «Мы разрабатываем машины или роботы, эквивалентные искусственному отбору, так же, как фермеры занимаемся не просто столетиями, а тысячелетиями... Что нас интересует, так это разведение роботы. Я имею в виду это буквально».

Уинфилд, работающий с программным обеспечением и роботизированными системами с начала 1980-х годов, является профессором когнитивной робототехники в Бристольской лаборатории робототехники Университета Западной Англии (UWE). Он также является одним из мозгов, стоящих за Эволюция автономных роботов (ARE) — многолетний проект, осуществляемый UWE, Йоркским университетом, Эдинбургским университетом Нейпира, Университетом Сандерленда и Свободным университетом Амстердама. Его создатели надеются, что он изменит способ проектирования и изготовления роботов. И все это благодаря заимствованию страницы из эволюционной биологии.

Концепция ARE, по крайней мере гипотетически, проста. Сколько научно-фантастических фильмов вы можете вспомнить о том, как группа отважных исследователей высаживается на планете? и, несмотря на все свои попытки планирования, оказываются совершенно не готовыми к тому, что им предстоит сделать. сталкиваться? Это реальность для любого негостеприимного сценария, в котором мы можем захотеть отправить роботов, особенно когда они места могут находиться на расстоянии десятков миллионов миль, как и в случае исследования и возможного проживания других планеты. В настоящее время роботы любят Марсоходы построены на Земле в соответствии с нашими ожиданиями относительно того, что они обнаружат, когда прибудут. Это подход, который используют робототехники, потому что другого варианта нет.

Но что, если бы можно было создать своего рода миниатюрную фабрику, состоящую из специального программного обеспечения, 3D-принтеров, роботов-манипуляторов и другое сборочное оборудование, которое было способно производить новые виды нестандартных роботов в любых условиях, в которых оно оказывалось. посадка? Эти роботы могут быть отточены как с учетом факторов окружающей среды, так и с учетом поставленных перед ними задач. Более того, используя сочетание реального мира и вычислительной эволюции, последующие поколения этих роботов могут стать еще лучше в решении этих задач. Именно над этим работает команда Autonomous Robot Evolution.

«Идея состоит в том, что то, что вы приземляете на планету, — это не кучка роботов, а на самом деле кучка Робофабов», Уинфилд рассказал Digital Trends, имея в виду производителей роботов ARE, которыми он и его команда исследователей занимаются. здание. «Роботы, которые затем производятся RoboFabs, буквально тестируются в реальных планетарных условиях. окружающей среды и очень быстро понимаешь, какие из них будут успешными, а какие не."

Мэтт ХейлПостдок из Бристольской лаборатории робототехники, который занимается созданием RoboFab и разработкой процесса производства физических роботов, рассказал Digital Тенденции: «Для меня ключевой особенностью является то, что будет создан физический робот, который был создан не человеком, а автоматически эволюционным путем. алгоритм. Более того, поведение этого человека в физическом мире будет учитываться в эволюционном алгоритме и, таким образом, поможет определять, какие роботы будут производиться дальше».

Добро пожаловать в ЭвоСферу

Имитация эволюционных процессов с помощью программного обеспечения — это концепция, которая исследовалась, по крайней мере, еще в 1940-х годах, в то же десятилетие в который ENIAC, 32-тонный колосс, который был первым в мире программируемым электронно-цифровым компьютером общего назначения, был запущен впервые время. В последние годы того десятилетия математик Джон фон Нейман предположил, что искусственная машина может быть построенный, способный самовоспроизводиться — это означает, что он будет создавать копии самого себя, которые затем могут создавать больше копии.

Концепция фон Неймана, которая опередила искусственный интеллект более чем на полдесятилетия, была революционной. Это вызвало интерес к области, которая стала известна как искусственная жизнь, или ALife, комбинация компьютерных технологий. наука и биохимия, которая пытается моделировать естественную жизнь и эволюцию с помощью компьютера. симуляции.

Эволюционные алгоритмы показали подлинные перспективы в реальном мире. Например, генетический алгоритм, созданный бывшим ученым НАСА и инженером Google Джейсоном Лоном, использовался для проектирования компонентов спутников, используемых в реальных космических миссиях НАСА. «Я был очарован силой естественного отбора», — рассказал мне Лон в своей книге. Мыслящие машины. Что шокировало в спутниковом компоненте Лона, который повторялся алгоритмом на протяжении многих лет? поколений, заключается в том, что он не только работал лучше, чем любой человеческий замысел, но и был совершенно непостижим для понимания. их тоже. Лон вспомнил, что этот компонент выглядел как «изогнутая скрепка».

Это то, что воодушевляет команду ARE: роботы, которые могут быть созданы с помощью этого эволюционного процесса, могут оказаться оптимизированными так, как не мог бы мечтать ни один создатель-человек. «Даже когда мы прекрасно знаем окружающую среду, искусственная эволюция может предложить настолько новые решения, что ни один человек о них не подумал бы», — сказал Уинфилд.

Проект ARE состоит из двух основных частей. «ЭвоСфера». Программный аспект называется Ecosystem Manager. Уинфилд заявил, что он несет ответственность за определение того, «какие роботы будут соединены». В этом процессе спаривания используются эволюционные алгоритмы для невероятно быстрого создания новых поколений роботов. Программный процесс отфильтровывает любых роботов, которые могут оказаться явно нежизнеспособными либо из-за производственных проблем, либо из-за явно дефектной конструкции, например робота, который выглядит наизнанку. «Детские» роботы учатся в контролируемой виртуальной среде, где успех будет вознагражден. Затем наиболее успешные из них получают доступ к генетическому коду для воспроизводства.

Наиболее многообещающие кандидаты передаются в RoboFab для сборки и тестирования. RoboFab состоит из 3D-принтера (один в текущей модели, а в будущем и трех), который печатает скелет робота перед передачей его роботу. руку, чтобы прикрепить то, что Уинфилд называет «органами». Речь идет о колесах, процессорах, датчиках освещенности, серводвигателях и других компонентах, которые невозможно легко отремонтировать. 3D-печать. Наконец, рука робота подключает каждый орган к основному корпусу, чтобы завершить работу робота.

«Я не буду вдаваться в технические подробности, но в симуляции существует проблема, которую мы называем разрывом реальности», — сказал Уинфилд. «Это означает, что вещи, которые разрабатываются исключительно в симуляции, обычно не работают очень хорошо, когда вы пытаетесь запустить их в реальном мире. [Причина этого] в том, что симуляция — это упрощение, абстракция реального мира. Вы не можете смоделировать реальный мир со 100% точностью при ограниченном вычислительном бюджете».

Как бы вы ни старались, смоделировать реальную динамику реального мира сложно. Например, передвижение, которое работает в теории, может не работать в запутанной реальности. Датчики могут не давать точных показаний, доступных при моделировании, а скорее нечеткие аппроксимации информации.

Исследователи ARE считают, что, объединив программное и аппаратное обеспечение в петлю обратной связи, они, возможно, сделали большой шаг к решению этой проблемы. По мере перемещения физических роботов их успехи и неудачи могут передаваться в программное обеспечение Ecosystem Manager, гарантируя, что следующее поколение роботов будет еще лучше адаптировано.

Риск непреднамеренных репликаторов

«Большая надежда заключается в том, что когда-нибудь в течение следующих 12 месяцев или около того мы сможем нажать кнопку «Пуск» и увидеть, как весь этот процесс выполняется автоматически», — сказал Уинфилд.

Однако это будет не в космосе. Первоначально приложения для этих исследований, скорее всего, будут сосредоточены на негостеприимных сценариях на Земле, таких как помощь в выводе из эксплуатации атомных электростанций. Хейл сказал, что до конечной цели создания «полностью автономной системы для развития роботов, выполняющих реальные задачи, осталось несколько десятилетий», хотя в то же время некоторые аспекты этого проекта — например, использование генетических алгоритмов для, по словам Уинфилда, «развития гетерогенной популяции» роботов — позволит приблизить полезные достижения к дом.

В рамках проекта команда планирует публиковать свои работы с открытым исходным кодом, чтобы другие могли создавать EvoSphere, если захотят. «Представьте себе это как своего рода эквивалент ускорителя частиц, за исключением того, что вместо изучения элементарные частицы, мы изучаем коэволюцию мозга и тела и все ее аспекты», — Уинфилд сказал.

Что касается временной шкалы самовоспроизводящихся роботов в космосе, то, скорее всего, это произойдет спустя много времени после того, как он уйдет на пенсию. Предвидит ли он время, когда у нас появятся колонии самовоспроизводящихся космических роботов? Да, с оговорками. «Тот факт, что вы отправляете эту систему на планету с ограниченным запасом электроники, ограниченным запасом датчиков, ограниченное количество двигателей означает, что эта штука не может убежать, потому что это ограниченные ресурсы», — он сказал. «Эти ресурсы будут уменьшаться, потому что детали со временем выходят из строя, так что в каком-то смысле у вас есть встроенное время. ограничение из-за того, что все эти компоненты в конечном итоге выйдут из строя, включая RoboFabs. сами себя."

Он стремился прояснить этот «аспект безопасности» проекта, который, по-видимому, будет существовать до тех пор, пока он не будет Роботы могут собирать материалы из окружающей среды и использовать их для 3D-печати важнейших компонентов органов.

«Причина, по которой мы предпочитаем подход с централизованным аппаратным обеспечением, заключается в том, что процесс легко остановить, его легко убить», — сказал он. «Чего мы не хотим в конечном итоге, так это непреднамеренного создания репликаторы фон Неймана. Это была бы очень плохая идея».

Рекомендации редакции

• Будущее автоматизации: роботы приходят, но они не отнимут вашу работу
• Протезирование, не требующее практики: внутри последнего прорыва в бионике
• Эти роботы уничтожают сорняки электрошокером, поэтому фермерам не нужны химические гербициды
• Слишком возбуждены, чтобы водить машину? Не волнуйтесь — этот автономный бар-автомобиль подъедет к вам.
• В Нью-Мексико есть гигантский ЭМИ-бластер. Не волнуйся, он здесь, чтобы защитить нас.