Γενικά

Τα παιδιά των ρομπότ: οι επιστήμονες εφαρμόζουν "φυσική επιλογή" στη ρομποτική. Λειτουργεί!

Τα βακτήρια το κάνουν. Οι ιοί το κάνουν. Σκουλήκια, θηλαστικά, ακόμη και μέλισσες - το κάνουν όλοι. Όλα τα ζωντανά πράγματα στη Γη αναπαράγονται, είτε με την ασήμαντη (βαρετή) είτε με τη σεξουαλική (διασκεδαστική) μέθοδο. Τα ρομπότ δεν το κάνουν. Οι μηχανές από χάλυβα δεν ενδιαφέρονται πολύ για την αναπαραγωγή. Αλλά ίσως μπορούν να μάθουν. Οι επιστήμονες από το πεδίο της εξελικτικής ρομποτικής προσπαθούν να προσαρμόσουν τις μηχανές στον κόσμο και, τελικά, να αναπαραχθούν μόνοι τους, όπως οι βιολογικοί οργανισμοί.

Για παράδειγμα, κάποια μέρα δύο ρομπότειδικά καλά προσαρμοσμένα σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον, μπορούν να συνδυάσουν τα γονίδια τους (ok, code) για να δημιουργήσουν με τη βοήθεια ενός 3D εκτυπωτή ένα μικρό παιδικό ρομπότ που θα έχει τη δύναμη των δύο προγόνων του. Εάν αυτή η προσέγγιση λειτουργεί, μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση ρομπότ που κατασκευάζονται, δημιουργώντας τέλεια προσαρμοσμένες μορφολογίες και συμπεριφορές που οι ανθρώπινοι μηχανικοί ποτέ δεν ονειρευόταν.

Παιδιά ρομπότ

Φαίνεται παράξενο και λίγο ενοχλητικό, αλλάη εξελικτική ρομποτική συμμετέχει ήδη σε τέτοια φανταστικά έργα. Αυστραλοί μηχανικοί, για παράδειγμα, ανέπτυξαν ρομποτικά πόδια το προηγούμενο έτος, αρχικά δημιουργώντας τυχαία 20 έντυπα. Κατά τη διάρκεια της εικονικής προσομοίωσης, έλεγαν πόσο καλά θα περπατούσε ο καθένας σε διαφορετικές επιφάνειες, δηλαδή έλεγξαν την «καταλληλότητα» από την άποψη της επιβίωσης του ικανότερου. Στη συνέχεια πήραν τους καλύτερους καλλιτέχνες και τους «ζευγαρώθηκαν» για να παράγουν παρόμοια πόδια - δηλαδή παιδιά. Οι ερευνητές το έκαναν ξανά και ξανά, γενιά μετά από γενιά, και δημιούργησαν πόδια που ήταν υπέροχα προσαρμοσμένα για περπάτημα σε σκληρό έδαφος, σε χαλίκι ή στο νερό. Τα έργα είναι τρελά - όπως οι άνθρωποι του ξύλου, χορεύουν χορούς από Fortnite (καλό για συμπαγές έδαφος), και παράξενα παραμορφωμένα πόδια ελέφαντα (καλό για το νερό).

Ποια είναι η κύρια ιδέα; Παραδοσιακά, όταν οι μηχανικοί αρχίζουν να σχεδιάζουν ρομπότ, τείνουν να χρησιμοποιούν παλιές ιδέες. Γιατί οι ρόβερ έχουν έξι τροχούς; Επειδή οι έξι τροχούς έχουν δουλέψει καλά στον Άρη πριν. Ωστόσο, ίσως οι σχεδιαστές έχουν χάσει κάτι. Η ομορφιά της εξέλιξης είναι ότι συνεχώς τρέχει σε παράφρονες ιδέες. Κανείς, για παράδειγμα, δεν έχει αναπτύξει έναν μύκητα για τη διείσδυση και τον έλεγχο των μυρμηγκιών στο τροπικό δάσος - αυτή η ασυνήθιστη στρατηγική προέκυψε χάρη στη δημιουργία τυχαίων μεταλλάξεων και φυσικής επιλογής.

Όπως στη φύση, είναι οι μεταλλάξεις που θα καθορίσουντην εξέλιξη των ρομπότ. Η μεταβλητότητα είναι σημαντική. Όταν δύο όργανα κάνουν ένα παιδί, τα γονίδιά τους ενώνονται, αλλά μεταλλάσσονται επίσης μέσα σε αυτά, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση μοναδικών χαρακτηριστικών στο παιδί, όπως ένα ελαφρώς τροποποιημένο μοτίβο στα φτερά. Τέτοιες μεταλλάξεις καθιστούν τους απογόνους περισσότερο ή λιγότερο προσαρμοσμένους στο συγκεκριμένο περιβάλλον. Αν αυτή είναι μια δυσμενή μετάλλαξη, το ζώο δεν αναπαράγεται τόσο αποτελεσματικά (ή δεν αναπαράγει καθόλου), και αυτά τα μεταλλαγμένα γονίδια δεν μεταφέρονται στην επόμενη γενιά.

Δείτε τι κάνει ο επιστήμονας στον τομέαΥπολογιστές Gush Aiben από το Άμστερνταμ του Πανεπιστημίου. Παίρνει δύο σχετικά απλά ρομπότ, που αποτελούνται από συνδεδεμένες μονάδες, και τα συνδυάζει, συνδυάζοντας τα "γονιδιώματα" τους, τα οποία φέρουν πληροφορίες, για παράδειγμα, για το χρωματισμό. Προσθέτει επίσης θόρυβο σε αυτόν τον συνδυασμό δεδομένων που μιμείται μια βιολογική μετάλλαξη, αλλάζοντας ελαφρώς τους απογόνους έτσι ώστε να μην είναι μόνο ένα μείγμα γονέων. "Ένας γονέας είναι εντελώς πράσινος, ο άλλος είναι εντελώς μπλε", λέει ο Eiben. "Ένα παιδί θα έχει μερικά μπλε, μερικά πράσινα, αλλά το κεφάλι είναι λευκό. Αυτό είναι ένα μεταλλακτικό αποτέλεσμα. "

Και με αυτή την αλλαγή, εμφανίζεται ένα νέο είδος.δημιουργικότητα σε ρομποτικό σχεδιασμό. "Σας δίνει ποικιλία και την ευκαιρία να εξερευνήσετε περιοχές του χώρου σχεδιασμού που συνήθως δεν εισάγετε", λέει ο ερευνητής David Howard, ο οποίος ανέπτυξε ένα εξελισσόμενο σύστημα των ποδιών και πρόσφατα δημοσίευσε ένα έργο σχετικά με την εξελικτική ρομποτική στη Φυσική Μηχανική Ευφυΐα. "Ένα από τα πράγματα που κάνει τη φυσική εξέλιξη ισχυρή είναι η ιδέα ότι μπορεί πραγματικά να προσαρμόσει ένα πλάσμα στο περιβάλλον του".

Η ιδέα είναι να προσαρμοστούν τα ρομπότσε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον με παρόμοιο τρόπο. Ας υποθέσουμε ότι χρειάζεστε ένα ρομπότ που μπορεί να εξερευνήσει ανεξάρτητα τη ζούγκλα. Αυτό σημαίνει ότι χρειάζεται αλγόριθμους που ελέγχουν τον τρόπο με τον οποίο περνάει μέσα από τη βλάστηση, καθώς και μια μορφολογία κατάλληλη για πυκνά δάση (επομένως χωρίς στροφεία). Πρώτα πρέπει να μοντελοποιήσετε αυτό το περιβάλλον για πλοήγηση, να επιλέξετε και να επιλέξετε εκείνα τα ρομπότ που κάνουν τη δουλειά τους καλύτερα και στη συνέχεια να σχεδιάσετε ελαφρώς τροποποιημένες φυσικές μηχανές με βάση αυτό.

"Ως αποτέλεσμα, πήραμε πολλά μικρά ρομπότ,τα οποία είναι απλά και φθηνά ", λέει ο Howard. "Θα τους στείλουμε και μερικοί θα είναι καλύτεροι από άλλους." Εάν το ρομπότ δεν επιστρέψει, τότε "δεν ταιριάζει" - φυσική επιλογή στη δράση. Εκείνοι που αντιμετωπίζουν, θα ξεκινήσουν μια νέα γενιά, η οποία θα κυκλοφορήσει αυτόματα στον 3D-εκτυπωτή. Έτσι, ρομποτικά είδη εξελίσσονται. Ο Howard πιστεύει ότι αυτά τα συστήματα θα εξαπλωθούν σε 20 χρόνια.

Παρεμπιπτόντως, σχετικά με τους εκτυπωτές 3D

Τα υλικά από τα οποία θα κατασκευαστούν αυτά τα ρομπότ,θέτουν ένα μικρό πρόβλημα. "Εάν η 3D εκτύπωση αναπτυχθεί γρηγορότερα, αυτή η ιδέα θα γίνει πραγματικότητα, αλλά οι σύγχρονοι εκτυπωτές λειτουργούν πολύ αργά", λέει ο Juan Cristobal Zagall, ο οποίος μελετά την εξελικτική ρομποτική στο Πανεπιστήμιο της Χιλής. Και τα μηχανήματα και τα έντυπα είναι πολύ ακριβά. Αλλά οι εκτυπωτές 3D μπορούν ήδη να λειτουργούν με διάφορα υλικά, συμπεριλαμβανομένου του μετάλλου, και αυτό θα τα κάνει ταχύτερα και φθηνότερα.

Σε γενικές γραμμές, το εύρος και το εύρος αυτώντα ρομπότ θα εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το πώς αυτά τα εξελικτικά συστήματα εμφανίζουν τη δημιουργικότητα στην εργασία με τα υλικά. Κάνοντας τα συνηθισμένα ρομπότ, οι μηχανικοί γνωρίζουν ποια υλικά χρησιμοποιούν, από μέταλλο σε κινητήρες έως ίνες άνθρακα στα άκρα - και αυτή η γνώση έχει αναπτυχθεί σε πολλές δεκαετίες έρευνας. Ωστόσο, τα εξελικτικά ρομπότ ανοίγουν μια νέα προσέγγιση στη χρήση των υλικών. Ίσως ένα πλαστικό πόδι θα ήταν καλύτερο όταν περπατούσε σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον από τις ίνες άνθρακα. Εάν το ρομπότ επιβιώνει, τότε υπάρχει κάτι στον συνδυασμό των εξαρτημάτων και των υλικών που το έκαναν κατάλληλο για δουλειά, ή, με εξελικτική έννοια, στη θέση του.

"Ίσως αν εμφανιστεί μια νέα κατηγορία υλικών, μπορούμε απλά να την συνδέσουμε και να την επιλέξει", λέει ο Howard. "Ένας ανθρώπινος σχεδιαστής θα έχει πολύ χρόνο κυκλοφορήσει."

Πιστεύετε ότι τα εξελικτικά ρομπότ έχουν μέλλον; Ας συζητήσουμε στη συνομιλία μας στο Telegram.