Роботи, що еволюціонують і самовідтворюються, вже тут – але не хвилюйтеся про повстання

“Ми намагаємося, якщо хочете, винайти абсолютно новий спосіб проектування роботів, який не потребує участі людини в проектуванні”, – сказав Алан Вінфілд. “Ми розробляємо машинний або робототехнічний еквівалент штучного відбору так, як це робили фермери не просто століттями, а тисячоліттями… Ми зацікавлені в розведенні роботів. Я маю на увазі це буквально”.

• Ласкаво просимо до EvoSphere
• Ризик ненавмисних реплікаторів

Вінфілд, який працює з програмним забезпеченням і роботизованими системами з початку 1980-х років, є професором когнітивної робототехніки в Брістольській лабораторії робототехніки в Університеті Західної Англії (UWE). Він також є одним з ініціаторів проекту “Автономна еволюція роботів” (Autonomous Robot Evolution, ARE) – багаторічної роботи, над якою працюють Університет Західної Англії, Йоркський університет, Единбурзький університет Нап’єр, Університет Сандерленда і Амстердамський вільний університет. Він, як сподіваються його творці, змінить спосіб проектування і створення роботів. І все це завдяки запозиченню сторінки з еволюційної біології.

Концепція ARE, принаймні гіпотетично, проста. Скільки ви можете згадати науково-фантастичних фільмів, де група безстрашних дослідників висаджується на планету і, незважаючи на свої найкращі спроби планування, виявляється абсолютно не готовою до того, з чим вони стикаються? Це реальність для будь-якого з непривітних сценаріїв, в які ми можемо захотіти відправити роботів, особливо коли ці місця можуть бути за десятки мільйонів кілометрів від нас, як у випадку з дослідженням і можливим заселенням інших планет. Наразі роботи, такі як марсоходи, будуються на Землі відповідно до наших очікувань щодо того, що вони знайдуть, коли прибудуть туди. Це підхід робототехніків, тому що іншого варіанту немає.

• Останній штрих: як вчені наділяють роботів тактильними відчуттями, подібними до людських
• Майбутнє автоматизації: Роботи наступають, але вони не заберуть вашу роботу
• Зустрічайте Ксеноботів: Живі, біологічні машини, які можуть зробити революцію в робототехніці

А що, якби можна було розгорнути щось на кшталт мініатюрної фабрики, що складається зі спеціального програмного забезпечення, 3D-принтерів, маніпуляторів роботів та іншого складального обладнання, яка б могла виготовляти нові види роботів на замовлення, виходячи з будь-яких умов, що виникають після приземлення? Ці роботи можуть бути відточені як відповідно до факторів навколишнього середовища, так і відповідно до завдань, які перед ними ставляться. Більше того, використовуючи поєднання реальної і комп’ютерної еволюції, наступні покоління цих роботів можуть бути ще кращими у виконанні цих завдань. Саме над цим працює команда Autonomous Robot Evolution.

Robot Fabricator (січень 2021)

“Ідея полягає в тому, що те, що ви висаджуєте на планету, – це не купа роботів, це насправді купа Робофаб”, – сказав Вінфілд в інтерв’ю Digital Trends, маючи на увазі роботів-фабрикаторів ARE, які він і його команда дослідників будують. “Роботи, які потім виробляються на фабриках, буквально випробовуються в реальному планетарному середовищі, і дуже швидко ви розумієте, які з них будуть успішними, а які ні”.

Метт Хейл (Matt Hale), постдок з Брістольської лабораторії робототехніки, який будує RoboFab і розробляє процес виробництва фізичних роботів, розповів виданню Digital Trends: “Ключовою особливістю для мене є те, що фізичний робот буде створений не людиною, а автоматично, за допомогою еволюційного алгоритму. Більш того, поведінка цієї людини у фізичному світі буде повертатися в еволюційний алгоритм, і таким чином допомагати диктувати, які роботи будуть вироблятися далі”.

Ласкаво просимо до EvoSphere

Імітація еволюційних процесів за допомогою програмного забезпечення – це концепція, яка досліджувалась принаймні ще в 1940-х роках, в тому ж десятилітті, коли вперше був запущений ENIAC, 32-тонний колосс, який був першим у світі програмованим електронним цифровим комп’ютером загального призначення. В останні роки цього десятиліття математик Джон фон Нейман припустив, що може бути створена штучна машина, здатна до самовідтворення, тобто така, що буде створювати копії самої себе, які потім можуть створювати ще більше копій.

Концепція фон Неймана, яка передувала штучному інтелекту більш ніж на півстоліття, була революційною. Вона викликала інтерес до галузі, яка стала відомою як штучне життя, або ALife, поєднання комп’ютерних наук і біохімії, що намагається імітувати природне життя і еволюцію за допомогою комп’ютерних симуляцій.

Еволюційні алгоритми показали справжню реальну перспективність. Наприклад, генетичний алгоритм, створений колишнім науковцем НАСА та інженером Google Джейсоном Лоном, був використаний для проектування компонентів супутників, які використовуються в реальних космічних місіях НАСА. “Я був зачарований силою природного відбору”, – сказав мені Джон для моєї книги “Мислячі машини”. Що було шокуючим у супутниковому компоненті Лона, який ітерувався алгоритмом протягом багатьох поколінь, так це те, що він не лише працював краще за будь-яку людську розробку, але й був абсолютно незрозумілим для них. Лон запам’ятав, що компонент виглядав як “зігнута скріпка”.

Це те, що надихає команду ARE – те, що роботи, які можуть бути створені за допомогою цього еволюційного процесу, можуть виявитися оптимізованими таким чином, що жоден людський творець не міг би навіть мріяти про це. “Навіть коли ми прекрасно знаємо навколишнє середовище, штучна еволюція може запропонувати рішення, які є настільки новими, що жодна людина не змогла б до них додуматися”, – сказав Вінфілд.

Проект ARE “EvoSphere” складається з двох основних частин. Програмний аспект називається “Менеджер екосистеми” (Ecosystem Manager). Вінфілд сказав, що він відповідає за визначення того, “які роботи будуть спаровуватись”. Цей процес спарювання використовує еволюційні алгоритми для неймовірно швидкого створення нових поколінь роботів. Програмний процес відфільтровує будь-яких роботів, які можуть бути явно нежиттєздатними, або через виробничі проблеми, або через очевидні недоліки конструкції, такі як робот, вивернутий навиворіт. “Дитячі” роботи навчаються в контрольованому віртуальному середовищі, де успіх винагороджується. Найуспішніші з них потім мають свій генетичний код, доступний для відтворення.

Найбільш перспективні кандидати передаються на RoboFab для створення і тестування. RoboFab складається з 3D-принтера (один в поточній моделі, три згодом), який друкує скелет робота, перш ніж передати його руці робота для приєднання того, що Вінфілд називає “органами”. До них відносяться колеса, процесори, датчики освітленості, серводвигуни та інші компоненти, які не можуть бути легко надруковані на 3D-принтері. Нарешті, рука робота з’єднує кожен орган з основним корпусом, щоб завершити роботу.

“Я не буду вдаватися в технічні подробиці, але є проблема з еволюцією в моделюванні, яку ми називаємо розривом реальності”, – сказав Вінфілд. “Це означає, що речі, розроблені виключно в симуляції, як правило, не дуже добре працюють, коли ви намагаєтесь запустити їх в реальному світі. [Причиною цього є те, що симуляція – це спрощення, це абстракція реального світу. Ви не можете змоделювати реальний світ зі 100% точністю на обмеженому обчислювальному бюджеті”.

Як би ви не намагалися, важко змоделювати реальну динаміку реального світу. Наприклад, рух, який працює в теорії, може не працювати в безладній реальності. Датчики можуть давати не такі чіткі показники, як у симуляції, а скоріше нечітку апроксимацію інформації.

Об’єднавши програмне і апаратне забезпечення в петлю зворотного зв’язку, дослідники ARE вважають, що вони, можливо, зробили великий крок до вирішення цієї проблеми. Коли фізичні роботи подорожують, їхні успіхи і невдачі можуть передаватися назад до програмного забезпечення Ecosystem Manager, що гарантує, що наступне покоління роботів буде ще краще адаптоване.

Ризик ненавмисних реплікаторів

“Велика надія полягає в тому, що десь протягом наступних 12 місяців або близько того ми зможемо натиснути кнопку “Пуск” і побачити, як увесь цей процес відбувається автоматично”, – сказав Вінфілд.

Однак це буде не в космосі. На початковому етапі застосування цих досліджень, швидше за все, буде зосереджене на несприятливих сценаріях на Землі, таких як допомога у виведенні з експлуатації атомних електростанцій. Хейл сказав, що кінцева мета “повністю автономної системи для еволюції роботів, що виконують реальні завдання, знаходиться в декількох десятиліттях”, хоча в той же час, аспекти цього проекту – такі як використання генетичних алгоритмів для, за словами Вінфілда, “еволюції гетерогенної популяції” роботів – зроблять корисні досягнення ближче до дому.

В рамках проекту команда планує випустити свої напрацювання у вигляді відкритого коду, щоб інші могли будувати EvoSpheres, якщо захочуть. “Уявіть собі, що це своєрідний еквівалент прискорювача елементарних частинок, за винятком того, що замість вивчення елементарних частинок ми вивчаємо коеволюцію мозку і тіла та всі пов’язані з цим аспекти”, – сказав Вінфілд.

Що ж до термінів появи самовідтворюваних роботів у космосі, то, швидше за все, це станеться задовго до його виходу на пенсію. Чи передбачає він час, коли ми матимемо колонії самовідтворюваних космічних роботів? Так, із застереженнями. “Той факт, що ви відправляєте цю систему на планету з обмеженим запасом електроніки, обмеженим запасом датчиків, обмеженим запасом двигунів, означає, що річ

Він прагнув прояснити цей “аспект безпеки” проекту, який, ймовірно, буде існувати доти, доки роботи не зможуть збирати матеріали з навколишнього середовища і використовувати їх для 3D-друку критично важливих компонентів органів.

“Причина, чому ми віддаємо перевагу підходу з централізованим апаратним забезпеченням, полягає в тому, що процес легко зупинити, легко вбити процес”, – сказав він. “Ми не хочемо, щоб в результаті ми ненавмисно створили реплікатори фон Неймана. Це було б дуже поганою ідеєю”.

Рекомендації редакторів

• Зустрічайте робота, що змінює правила гри, який може ідеально імітувати будь-який людський кидок
• Частково Термінатор, частково Тремор: Цей роботизований черв’як може плавати по піску
• Алгоритмічна архітектура: Чи повинні ми дозволити ШІ проектувати будівлі для нас?
• Цей сферичний робот у стилі BB-8 створений для дослідження лавових печер на Місяці
• Екзоскелети з автопілотом: Погляд на найближче майбутнє натільної робототехніки

• HBO Max
• Особливості
• Що буде далі: Як технології допомагають суспільству відкритися після коронавірусу

Source: digitaltrends.com