algemeen

De kinderen van robots: wetenschappers pasten 'natuurlijke selectie' toe in robotica. Het werkt!

Bacteriën doen het. Virussen doen het. Wormen, zoogdieren, zelfs bijen - iedereen doet het. Elk levend wezen op aarde wordt gereproduceerd, hetzij door de aseksuele (saaie) of seksuele (plezier) methode. Robots doen dat niet. Machines gemaakt van staal zijn niet erg geïnteresseerd in reproductie. Maar misschien kunnen ze leren. Wetenschappers uit het veld van de evolutionaire robotica proberen machines zich aan te passen aan de wereld en uiteindelijk op zichzelf te reproduceren, zoals biologische organismen.

Bijvoorbeeld, op een dag twee robots datbijzonder goed aangepast aan een specifieke omgeving, kunnen ze hun genen (ok, code) combineren om met behulp van een 3D-printer een kleine kindrobot te maken die de kracht van zijn twee voorouders zal hebben. Als deze aanpak werkt, kan dit leiden tot het uiterlijk van robots die zichzelf construeren, waardoor perfect aangepaste morfologieën en gedragingen worden gecreëerd waar menselijke ingenieurs nooit van hebben gedroomd.

Robot kinderen

Het lijkt vreemd en een beetje verontrustend, maarevolutionaire robotica is al betrokken bij zulke fantastische projecten. Australische ingenieurs ontwikkelden bijvoorbeeld vorig jaar robotachtige benen, eerst willekeurig 20 formulieren genererend. Tijdens de virtuele simulatie, controleerden ze hoe goed elk van hen zou lopen op verschillende oppervlakken, dat wil zeggen, ze controleerden de "geschiktheid" in termen van survival of the fittest. Daarna namen ze de beste performers en 'koppelden' ze om soortgelijke benen te produceren - dat wil zeggen, kinderen. Onderzoekers deden het steeds weer opnieuw, generatie na generatie, en creëerden benen die wonderbaarlijk aangepast waren om op harde grond, op grind of op het water te lopen. De projecten zijn gek - zoals houtmensen, dansende dansen van Fortnite (goed voor vaste grond) en vreemd misvormde olifantspoten (goed voor water).

Wat is het belangrijkste idee? Traditioneel, wanneer technici beginnen met het ontwerpen van robots, hebben ze de neiging om oude ideeën te gebruiken. Waarom hebben rovers zes wielen? Omdat de zeswielige machines al eerder goed op Mars hebben gewerkt. Misschien hebben de ontwerpers echter iets gemist. De schoonheid van evolutie is dat het constant in gekke ideeën loopt. Niemand heeft bijvoorbeeld een schimmel ontwikkeld voor het penetreren en beheersen van mieren in het regenwoud - deze ongewone strategie is ontstaan ​​dankzij het genereren van willekeurige mutaties en natuurlijke selectie.

Net als in de natuur, zijn het de mutaties die zullen bepalende evolutie van robots. Variabiliteit is belangrijk. Wanneer twee lichamen een kind vormen, verenigen hun genen zich, maar mutaties dringen ook in hen in, wat kan leiden tot het verschijnen van unieke kenmerken in het kind, zoals een enigszins aangepast patroon op de vleugels. Dergelijke mutaties maken het nageslacht min of meer aangepast aan de specifieke omgeving. Als dit een ongunstige mutatie is, reproduceert het dier zich niet zo goed (of reproduceert het helemaal niet) en deze mutante genen worden niet doorgegeven aan de volgende generatie.

Kijk wat de wetenschapper in het veld aan het doen isComputers Gush Aiben van de Vrije Universiteit van Amsterdam. Hij neemt twee relatief eenvoudige robots, bestaande uit verbonden modules, en combineert ze, waarbij ze hun "genomen" combineren, die informatie over bijvoorbeeld de kleur dragen. Het voegt ook ruis toe aan deze combinatie van gegevens die een biologische mutatie nabootst, waardoor het nageslacht iets verandert, zodat het niet alleen maar een mengsel van ouders is. "Eén ouder is helemaal groen, de andere is helemaal blauw", zegt Eiben. "Een kind zal sommige modules blauw hebben, een beetje groen, maar het hoofd is wit. Dit is een mutatie-effect. "

En met deze verandering verschijnt een nieuwe soort.creativiteit in robotontwerp. "Het geeft je afwisseling en de mogelijkheid om delen van de ontwerpruimte te verkennen die je normaal niet bezoekt", zegt onderzoeker David Howard, die een evoluerend beensysteem ontwikkelde en onlangs een werk publiceerde over evolutionaire robotica in Nature Machine Intelligence. "Een van de dingen die natuurlijke evolutie krachtig maken, is het idee dat het een wezen echt kan aanpassen aan zijn omgeving."

Het idee is om robots aan te passenniches in een specifieke omgeving op een vergelijkbare manier. Stel dat je een robot nodig hebt die zelfstandig de jungle kan verkennen. Dit betekent dat hij algoritmen nodig heeft die bepalen hoe hij zich door vegetatie beweegt, evenals een morfologie die geschikt is voor dichte bossen (dus geen rotoren). Eerst moet je deze omgeving modelleren voor navigatie, selecteren en selecteren die robots die het best werken, en vervolgens op basis daarvan licht gemodificeerde fysieke machines ontwerpen.

"Als gevolg daarvan hebben we veel kleine robots,die eenvoudig en goedkoop te maken zijn ", zegt Howard. "We zullen ze sturen en sommige zullen beter zijn dan anderen." Als de robot niet terugkeert, dan "past het niet" - natuurlijke selectie in actie. Degenen die het hoofd bieden, zullen een nieuwe generatie starten, die automatisch op een 3D-printer wordt uitgebracht. Dus robotachtige soorten evolueren. Howard is van mening dat dergelijke systemen over 20 jaar zullen worden verspreid.

Over de 3D-printers

De materialen waaruit deze robots zullen worden gemaakt,stel een klein probleem. "Als 3D-printen sneller verloopt, wordt dit idee werkelijkheid, maar moderne printers werken heel langzaam", zegt Juan Cristobal Zagall, die evolutionaire robotica aan de Universiteit van Chili studeert. Zowel machines als drukwerk zijn erg duur. Maar 3D-printers kunnen al met een verscheidenheid aan materialen werken, waaronder metaal, en dit maakt ze sneller en goedkoper.

In het algemeen, het bereik en de reikwijdte hiervanrobots zullen grotendeels afhangen van hoe deze evolutionaire systemen hun creativiteit tonen in het werken met materialen. Door gewone robots te maken, weten ingenieurs welke materialen ze moeten gebruiken, van metaal in motoren tot koolstofvezel in ledematen - en deze kennis heeft zich gedurende vele decennia van onderzoek ontwikkeld. Evolutionaire robots openen echter een nieuwe benadering van het gebruik van materialen. Misschien is een plastic voet beter als je in een bepaalde omgeving wandelt dan met koolstofvezel. Als de robot overleeft, dan is er iets in de combinatie van componenten en materialen die het geschikt maakte voor werk, of, in een evolutionaire zin, in zijn niche.

"Als er een nieuwe klasse materialen verschijnt, kunnen we deze gewoon aansluiten en kiezen", zegt Howard. "Een menselijke ontwerper zal veel tijd vrijmaken."

Denk je dat evolutionaire robots een toekomst hebben? Laten we bespreken in onze chat in Telegram.