Діти роботів: вчені застосували «природний відбір» в робототехніці. Працює!

Бактерії роблять це. Віруси роблять це. Черви, ссавці, навіть бджоли - все роблять це. Кожна жива істота на Землі відтворюється, будь то безстатевим (нудним) або статевим (веселим) методом. Роботи цього не роблять. Машини з стали не дуже зацікавлені у відтворенні. Але, можливо, вони зможуть навчитися. Вчені з області еволюційної робототехніки намагаються змусити машини адаптуватися до світу і, в кінцевому підсумку, відтворюватися самостійно, подібно до біологічних організмів.

Наприклад, коли-небудь два робота, якіособливо добре пристосовані до певного середовища, зможуть об'єднати свої гени (ну ладно, код), щоб створити за допомогою 3D-принтера маленького робота-дитини, у якого буде сила двох його предків. Якщо цей підхід спрацює, це може привести до появи роботів, які конструюють самі себе, створюючи прекрасно адаптовані морфології і моделі поведінки, про які люди-інженери ніколи не мріяли.

діти роботів

Це здається дивним і трохи тривожним, алееволюційні робототехніки вже займаються такими фантастичними проектами. Інженери з Австралії, наприклад, розробили в минулому році роботизовані ноги, спершу довільно згенерувавши 20 форм. В ході віртуального моделювання вони перевірили, наскільки добре кожна з них буде ходити по різних поверхнях, тобто перевірили «придатність» в плані виживання найбільш пристосованих. Потім вони взяли кращих виконавців і «Спар» їх, щоб зробити схожі ноги - тобто, дітей. Дослідники робили це знову і знову, покоління за поколінням, і створювали ноги, які були дивним чином пристосовані для ходьби по твердій землі, по гравію або по воді. Проекти божевільні - схожі на людей з дерева, танцюючих танці з Fortnite (гарні для твердого грунту), і дивним чином деформовані слонячі ноги (гарні для води).

У чому основна ідея? Традиційно, коли інженери починають проектувати робота, вони схильні використовувати старі ідеї. Чому у марсоходів шість коліс? Тому що шестиколісний машини добре працювали на Марсі і раніше. Однак, можливо, дизайнери щось упустили. Принадність еволюції в тому, що вона постійно наштовхується на божевільні ідеї. Ніхто, наприклад, не розробив грибок для проникнення в тіла мурах і контролю над ними в дощовому лісі - ця незвичайна стратегія з'явилася завдяки поколінню випадкових мутацій і природного відбору.

Як і в природі, саме мутації будуть визначатиеволюцію видів роботів. Важлива варіативність. Коли два організму роблять дитини, їх гени об'єднуються, проте в них проникають і мутації, що може привести до появи у дитини унікальних рис, начебто злегка зміненого візерунка на крилах. Такого роду мутації робить потомство більш-менш пристосованим до конкретного середовища. Якщо це несприятлива мутація, тварина розмножується не так ефективно (або взагалі не розмножується), і ці мутантні гени не передаються наступному поколінню.

Подивіться, чим займається вчений в областікомп'ютерів Гуш Айбен з Амстердамського вільного університету. Він бере двох відносно простих роботів, що складаються з з'єднаних модулів, і об'єднує їх, комбінуючи їх «геноми», які несуть інформацію, скажімо, про забарвлення. Він також додає шум в цю комбінацію даних, який імітує біологічну мутацію, злегка змінюючи потомство, так щоб воно не було просто сумішшю батьків. «Один батько повністю зелений, інший повністю синій», говорить Айбен. «У дитини якісь модулі будуть синіми, якісь зеленими, але голова біла. Це мутаційний ефект ».

І з цим зміною з'являється новий видтворчості в роботизованому дизайні. «Це дає вам різноманітність і можливість досліджувати області дизайнерського простору, в які ви зазвичай не виходьте», говорить дослідник Девід Говард, який розробив еволюціонує систему ніг і недавно опублікував роботу на тему еволюційної робототехніки в Nature Machine Intelligence. «Однією з речей, яка робить природну еволюцію потужної, є ідея про те, що вона дійсно може пристосувати істота до навколишнього середовища».

Ідея полягає в тому, щоб роботи адаптувалися донішах в певному середовищі аналогічним чином. Припустимо, вам потрібен робот, який може самостійно досліджувати джунглі. Це означає, що йому потрібні алгоритми, які керують тим, як він рухається крізь рослинність, а також морфологія, яка підходить для густого лісу (тому ніяких роторів). Спершу ви повинні змоделювати цю середу для навігації, вибрати і відібрати тих з роботів, які справляються із завданням найкраще, а потім проектувати злегка змінені фізичні машини на основі цього.

«В результаті ми отримали безліч невеликих роботів,які прості і дешеві у виготовленні », говорить Говард. «Ми відправимо їх і деякі будуть краще за інших». Якщо робот не повернеться, значить він «не підходить» - природний відбір в дії. Ті, хто впорається, почне нове покоління, яке автоматично буде випущено на 3D-принтері. Таким чином, роботизовані види еволюціонують. Говард вважає, що такі системи будуть поширені через 20 років.

До слова, про 3D-принтерах

Матеріали, з яких ці роботи будуть робитися,являють собою невелику проблему. «Якщо 3D-друк буде розвиватися швидше, ця ідея стане реальністю, але сучасні принтери працюють дуже повільно», говорить Хуан Крістобаль Зага, який вивчає еволюційну робототехніку в Університеті Чилі. І машини, і друковані матеріали дуже дорогі. Але 3D-принтери вже можуть працювати з різними матеріалами, в тому числі металевими, і від цього вони стануть швидше і дешевше.

В цілому, діапазон і область застосування цихроботів будуть в значній мірі залежати від того, як ці еволюційні системи будуть проявляти творчість в роботі з матеріалами. Роблячи звичайних роботів, інженери знають, які матеріали використовувати, від металу в двигунах до вуглецевого волокна в кінцівках - і ці знання склалися за багато десятиліть досліджень. Однак еволюційні роботи відкривають новий підхід в застосуванні матеріалів. Можливо, пластикова нога буде краще при ходьбі в певному середовищі, ніж вуглецеве волокно. Якщо робот виживе, значить, є щось в комбінації компонентів і матеріалів, які зробили його придатним для роботи, або, в еволюційному сенсі, в його ніші.

«Можливо, якщо з'явиться новий клас матеріалів, ми можемо просто підключити його і він зможе вибирати», говорить Говард. «У людини-дизайнера звільниться багато часу».

Як думаєте, у еволюційних роботів є майбутнє? Давайте обговоримо в нашому чаті в Телеграма.