Bakterierna gör det. Virus gör det. Maskar, däggdjur, till och med bin - alla gör det. Varje levande sak på jorden reproducerar, oavsett om det är asexuellt (tråkigt) eller sexuellt (roligt). Robotar gör inte detta. Stålmaskiner är inte särskilt intresserade av reproduktion. Men de kanske kan lära sig. Evolutionära robotforskare försöker tvinga maskiner att anpassa sig till världen och till slut reproducera på egen hand, som biologiska organismer.
Till exempel kommer två robotar som i dag är särskilt väl anpassade till en viss miljö att kunna kombinera sina gener (okej, kod) för att skapa ett litet robotbarn med en 3D-skrivare, som har kraften hos de två förfäderna. Om denna strategi fungerar kan det leda till robotar som konstruerar sig själva och skapar perfekt anpassade morfologier och beteenden som mänskliga ingenjörer aldrig har drömt om.
Robotbarn
Det verkar konstigt och lite oroande, men evolutionsrobotik gör redan sådana fantastiska projekt. Ingenjörer i Australien utvecklade till exempel robotben förra året, till att börja med slumpmässigt 20 former. I en virtuell simulering testade de hur väl var och en av dem skulle gå på olika ytor, det vill säga testade "lämpligheten" i termer av överlevnad för de fittest. Sedan tog de de bästa artisterna och "parade" dem för att producera liknande ben - det vill säga barn. Forskare gjorde detta om och om igen, generation efter generation och skapade ben som förvånansvärt anpassades för att gå på hård mark, grus eller vatten. Konstruktionerna är galna - som trädfolket som dansar Fortnite-dansar (bra för fast mark)och konstigt deformerade elefantben (bra för vatten).
Vad är huvudidén? Traditionellt sett, när ingenjörer börjar designa en robot, brukar de använda gamla idéer. Varför har rovers sex hjul? Eftersom sexhjuliga bilar har fungerat bra på Mars tidigare. Men designarna kan ha missat något. Evolutionens skönhet är att det ständigt stöter på galna idéer. Ingen har till exempel utvecklat en svamp för att penetrera och kontrollera myror i en regnig skog - en ovanlig strategi som kommer från genereringen av slumpmässiga mutationer och naturligt urval.
Liksom i naturen är det mutationer som avgör robotartens utveckling. Variation är viktigt. När två organismer bildar ett barn, kombineras generna, men mutationer kommer också in i dem, vilket kan leda till att unika egenskaper hos barnet uppträder, till exempel ett något förändrat mönster på vingarna. Denna typ av mutation gör avkomman mer eller mindre anpassad till en viss miljö. Om detta är en ogynnsam mutation, reproducerar inte djuret lika effektivt (eller reproducerar inte alls), och dessa mutanta gener överförs inte till nästa generation.
Se vad datavetenskapsmannen Gush Ayben från Free University of Amsterdam gör upp till. Han tar två relativt enkla robotar, bestående av anslutna moduler, och kombinerar dem genom att kombinera deras "genom" som innehåller information, säg, om färgning. Det lägger också till brus till denna datakombination, som efterliknar en biologisk mutation, något som förändrar avkomman så att de inte bara är en föräldrablandning. "Den ena föräldern är helt grön, den andra är helt blå," säger Ayben.”För ett barn är vissa moduler blå, andra gröna, men huvudet är vitt. Detta är en mutationseffekt."
Kampanjvideo:
Och med denna förändring dyker upp en ny typ av kreativitet inom robotdesign. "Det ger dig variation och förmågan att utforska områden i designutrymmet som du normalt inte skulle gå in i," säger forskaren David Howard, som utvecklade det utvecklande bensystemet och nyligen publicerade en artikel om evolutionär robotik i Nature Machine Intelligence. "En av de saker som gör den naturliga evolutionen kraftfull är tanken på att den faktiskt kan anpassa en varelse till sin miljö."
Tanken är att robotar ska anpassa sig till nischer i en specifik miljö på liknande sätt. Låt oss säga att du vill ha en robot som kan utforska djungeln på egen hand. Det betyder att den behöver algoritmer som styr hur den rör sig genom vegetation, liksom en morfologi som passar tät skog (så inga rotorer). Du måste först modellera denna navigationsmiljö, välja och välja de robotar som gör det bästa jobbet och sedan utforma något modifierade fysikmaskiner baserat på detta.
"Vi slutade med många små robotar som var enkla och billiga att göra," säger Howard. "Vi kommer att skicka dem och vissa kommer att vara bättre än andra." Om roboten inte kommer tillbaka är den inte "fit" - naturligt val i aktion. De som gör det kommer att starta en ny generation som automatiskt kommer att skrivas ut i 3D. Således utvecklas robotarter. Howard tror att sådana system kommer att vara vanliga om 20 år.
Förresten, om 3D-skrivare
Materialen från vilka dessa robotar kommer att utgör ett litet problem. "Om 3D-utskrift utvecklas snabbare kommer denna idé att bli verklighet, men moderna skrivare går mycket långsamt," säger Juan Cristobal Zagal, som studerar evolutionär robotik vid University of Chile. Både maskinerna och det tryckta materialet är mycket dyra. Men 3D-skrivare kan redan arbeta med en mängd olika material, inklusive metall, och det kommer att göra dem snabbare och billigare.
Sammantaget beror omfattningen och omfattningen av dessa robotar till stor del på hur dessa evolutionära system blir kreativa med material. När man tillverkar konventionella robotar vet ingenjörer vilka material de ska använda, från metall i motorer till kolfiber i lemmarna - och denna kunskap har utvecklats under decennier av forskning. Evolutionsrobotar öppnar dock en ny metod för användningen av material. Kanske kommer ett plastben att bli bättre på att gå i en viss miljö än kolfiber. Om roboten överlever, finns det något i kombinationen av komponenter och material som gjorde att den passade för arbete, eller i evolutionär mening, i sin nisch.
Tror du att evolutionsrobotar har en framtid?
Ilya Khel
