Vyvíjajúce sa, samoreprodukujúce sa roboty pripravené kolonizovať vesmír

„Snažíme sa, ak chcete, vynájsť úplne nový spôsob navrhovania robotov, ktorý nevyžaduje od ľudí, aby skutočne navrhovali,“ povedal. Alan Winfield. „Vyvíjame ekvivalent stroja alebo robota umelého výberu tak, ako to robia farmári robíme nielen stáročia, ale aj tisícročia... To, čo nás zaujíma, je šľachtenie roboty. Myslím to doslova."

Winfield, ktorý pracuje so softvérom a robotickými systémami od začiatku 80. rokov, je profesorom kognitívnej robotiky v Bristol Robotics Lab na University of the West of England (UWE). Je tiež jedným z mozgov za Evolúcia autonómnych robotov (ARE) projekt, viacročné úsilie realizované UWE, University of York, Edinburgh Napier University, University of Sunderland a Vrije Universiteit Amsterdam. Jeho tvorcovia dúfajú, že zmení spôsob, akým sú roboty navrhnuté a vyrobené. A to všetko vďaka požičaniu stránky z evolučnej biológie.

Koncept ARE je, aspoň hypoteticky, jednoduchý. Koľko sci-fi filmov vám napadne, kde na planéte pristane skupina neohrozených prieskumníkov a napriek ich najlepším pokusom o plánovanie sa ocitnú úplne nepripravení na čokoľvek stretnúť? Toto je realita pre ktorýkoľvek z nehostinných scenárov, v ktorých by sme mohli chcieť poslať roboty, najmä keď tieto miesta môžu byť vzdialené desiatky miliónov kilometrov, ako je to v prípade prieskumu a možného bývania iných planét. V súčasnosti roboty ako napr

Mars rovery sú postavené na Zemi, podľa našich očakávaní, čo nájdu, keď prídu. Toto je prístup robotikov, pretože iná možnosť neexistuje.

Ale čo keby bolo možné nasadiť miniatúrnu továreň svojho druhu — pozostávajúcu zo špeciálneho softvéru, 3D tlačiarní, robotických ramien a iné montážne vybavenie – ktoré bolo schopné vyrábať nové druhy robotov na mieru podľa podmienok, v ktorých sa nachádzalo pristátie? Tieto roboty by sa mohli zdokonaľovať podľa environmentálnych faktorov a úloh, ktoré sa od nich vyžadujú. A čo viac, pomocou kombinácie reálneho sveta a výpočtovej evolúcie by po sebe nasledujúce generácie týchto robotov mohli byť v týchto výzvach ešte lepšie. Na tom pracuje tím Autonomous Robot Evolution.

„Myšlienka je taká, že to, čo pristanete na planéte, nie je kopa robotov, je to v skutočnosti kopa RoboFabov,“ Winfield povedal pre Digital Trends s odvolaním sa na výrobcov robotov ARE, ktorými sú on a jeho tím vyšetrovateľov budova. „Roboty, ktoré potom vyrábajú RoboFab, sú doslova testované v skutočnej planéte prostredí a veľmi rýchlo zistíte, ktoré z nich budú úspešné a ktoré niesu."

Matt Hale, postdoc v laboratóriu Bristol Robotics Lab, ktorý stavia RoboFab a navrhuje proces, ktorým vyrába fyzické roboty, povedal pre Digital Trendy: „Kľúčovou črtou pre mňa je, že sa vytvorí fyzický robot, ktorého nenavrhol človek, ale automaticky ho evolučný algoritmu. Okrem toho, správanie tohto jednotlivca vo fyzickom svete bude spätne prispievať do evolučného algoritmu, a tak pomôže diktovať, aké roboty sa budú vyrábať ďalej.

Vitajte v EvoSphere

Napodobňovanie evolučných procesov prostredníctvom softvéru je koncept, ktorý bol skúmaný prinajmenšom v 40-tych rokoch minulého storočia, teda v rovnakom desaťročí ktorý ENIAC, 32-tonový kolos, ktorý bol prvým programovateľným, univerzálnym elektronickým digitálnym počítačom na svete, bol prvýkrát spustený. čas. V posledných rokoch tohto desaťročia matematik John von Neumann navrhol, že by to mohol byť umelý stroj postavený tak, že sa dokázal sám replikovať – čo znamená, že by vytváral svoje kópie, ktoré by potom mohli vytvárať ďalšie kópie.

Von Neumannov koncept, ktorý predbehol umelú inteligenciu o viac ako pol desaťročia, bol revolučný. Podnietilo to záujem o oblasť, ktorá sa stala známou ako Artificial Life alebo ALife, čo je kombinácia počítačov. veda a biochémia, ktorá sa pokúša simulovať prirodzený život a evolúciu pomocou počítača simulácie.

Evolučné algoritmy ukázali skutočný prísľub v reálnom svete. Napríklad genetický algoritmus vytvorený bývalým vedcom NASA a inžinierom Google Jasonom Lohnom bol použitý na navrhovanie satelitných komponentov používaných na skutočných vesmírnych misiách NASA. "Bol som fascinovaný silou prirodzeného výberu," povedal mi Lohn pre moju knihu Mysliace stroje. Čo bolo šokujúce na Lohnovom satelitnom komponente, ktorý algoritmus opakoval na mnohých generácie, je, že to nielenže fungovalo lepšie ako akýkoľvek ľudský dizajn, ale bolo to úplne nepochopiteľné aj oni. Lohn si pamätal, že komponent vyzeral ako „ohnutá spinka na papier“.

To je to, z čoho je tím ARE nadšený – že roboty, ktoré môžu byť vytvorené pomocou tohto evolučného procesu, by sa mohli ukázať ako optimalizované spôsobom, o akom sa žiadnemu ľudskému tvorcovi ani nesnívalo. „Dokonca aj keď dokonale poznáme prostredie, umelá evolúcia môže prísť s riešeniami, ktoré sú také nové, že by o nich žiadneho človeka ani nenapadlo,“ povedal Winfield.

Projekt ARE má dve hlavné časti "EvoSphere." Softvérový aspekt sa nazýva Správca ekosystémov. Winfield povedal, že je zodpovedný za určenie, „ktoré roboty sa spoja“. Tento proces párovania využíva evolučné algoritmy na neuveriteľne rýchle opakovanie nových generácií robotov. Softvérový proces filtruje všetky roboty, ktoré by mohli byť zjavne neživotaschopné, či už z dôvodu výrobných problémov alebo zjavne chybných návrhov, ako je napríklad robot, ktorý sa objaví naruby. „Detské“ roboty sa učia v kontrolovanom virtuálnom prostredí, kde bude úspech odmenený. Najúspešnejší potom majú svoj genetický kód sprístupnený na reprodukciu.

Najsľubnejší kandidáti sú odovzdaní RoboFab na zostavenie a testovanie. RoboFab pozostáva z 3D tlačiarne (jednej v aktuálnom modeli, prípadne troch), ktorá vytlačí kostru robota a potom ju odovzdá robotovi. rameno na pripevnenie toho, čo Winfield nazýva „orgány“. Týkajú sa kolies, CPU, svetelných senzorov, servomotorov a ďalších komponentov, ktoré nie je možné ľahko 3D tlačená. Nakoniec rameno robota pripojí každý orgán k hlavnému telu a dokončí robota.

"Nebudem príliš technický, ale je tu problém s vývojom v simulácii, ktorý nazývame medzera v realite," povedal Winfield. „Znamená to, že veci, ktoré sa vyvíjajú výlučne v simulácii, vo všeobecnosti nefungujú veľmi dobre, keď ich skúšate spustiť v reálnom svete. [Dôvodom je] pretože simulácia je zjednodušenie, je to abstrakcia skutočného sveta. Nemôžete simulovať reálny svet so 100% vernosťou pri obmedzenom výpočtovom rozpočte.“

Nech sa akokoľvek snažíte, je ťažké simulovať skutočnú dynamiku skutočného sveta. Napríklad pohyb, ktorý funguje teoreticky, nemusí fungovať v chaotickej realite. Senzory nemusia poskytovať ten druh čistých hodnôt dostupných v simulácii, ale skôr fuzzy aproximácie informácií.

Spojením softvéru a hardvéru do spätnej väzby si výskumníci ARE myslia, že urobili veľký krok k vyriešeniu tohto problému. Keď fyzické roboty cestujú, ich úspechy a neúspechy môžu byť vrátené späť do softvéru Ecosystem Manager, čím sa zabezpečí, že budúca generácia robotov bude ešte lepšie prispôsobená.

Riziko neúmyselných replikátorov

"Veľkou nádejou je, že niekedy počas nasledujúcich 12 mesiacov budeme môcť stlačiť tlačidlo Štart a vidieť, že celý tento proces beží automaticky," povedal Winfield.

Toto však nebude vo vesmíre. Na začiatku je pravdepodobnejšie, že aplikácie pre tento výskum budú zamerané na nehostinné scenáre na Zemi, ako napríklad pomoc pri vyraďovaní jadrových elektrární z prevádzky. Hale povedal, že konečný cieľ „plne autonómneho systému pre vyvíjajúce sa roboty vykonávajúce úlohy v reálnom svete je vzdialený niekoľko desaťročí“, hoci medzitým sa tohto projektu – ako je použitie genetických algoritmov na, slovami Winfielda, „vývoj heterogénnej populácie“ robotov – prispeje k užitočným pokrokom Domov.

V rámci projektu tím plánuje vydať svoje diela spôsobom s otvoreným zdrojovým kódom, takže iní môžu stavať EvoSpheres, ak chcú. „Predstavte si to ako akýsi ekvivalent urýchľovača častíc, až na to, že namiesto štúdia elementárnych častíc, študujeme koevolúciu mozgu a tela a všetky jej aspekty,“ Winfield povedal.

Pokiaľ ide o časovú os samoreprodukujúcich sa robotov vo vesmíre, je pravdepodobné, že to bude dlho po jeho odchode do dôchodku. Predvída čas, kedy budeme mať kolónie samoreprodukujúcich sa vesmírnych robotov? Áno, s výhradami. „Skutočnosť, že posielate tento systém na planétu s obmedzenými zásobami elektroniky, obmedzenými zásobami senzory, obmedzená ponuka motorov znamená, že vec nemôže utiecť, pretože to sú obmedzené zdroje,“ povedal povedal. „Tieto zdroje sa budú zmenšovať, pretože časti časom zlyhajú, takže v istom zmysle máte zabudovaný čas limit, pretože tieto komponenty nakoniec zlyhajú – vrátane RoboFabov seba.”

Chcel objasniť tento „bezpečnostný aspekt“ projektu, ktorý bude pravdepodobne existovať dovtedy, kým nebude roboti môžu zbierať materiály zo svojho okolia a používať ich na 3D tlač kritických orgánových komponentov.

„Dôvod, prečo uprednostňujeme prístup, ktorý má centralizovaný hardvér, je ten, že je ľahké zastaviť proces, je ľahké ho zabiť,“ povedal. „To, s čím nechceme skončiť, je neúmyselné vytváranie von Neumannove replikátory. To by bol veľmi zlý nápad."

Odporúčania redaktorov

• Budúcnosť automatizácie: Roboty prichádzajú, ale nezoberú vám prácu
• Protetika, ktorá nevyžaduje prax: V rámci najnovšieho prelomu v bionike
• Tieto roboty taserujú burinu na smrť, takže farmári nepotrebujú chemické herbicídy
• Ste príliš hluční na to, aby ste šoférovali? Nebojte sa – tento autonómny bar dojazdí k vám
• V Novom Mexiku je obrovský EMP blaster. Nebojte sa, je tu, aby nás chránil