Bakterid teevad seda. Viirused teevad seda. Ussid, imetajad, isegi mesilased - nad kõik teevad seda. Iga maakera elusolend paljuneb, olgu see siis aseksuaalne (igav) või seksuaalne (lõbus). Robotid seda ei tee. Terasmasinad pole paljundamisest eriti huvitatud. Aga võib-olla saavad nad õppida. Evolutsioonilise robootika teadlased üritavad sundida masinaid maailmaga kohanema ja lõpuks paljunema iseseisvalt nagu bioloogilised organismid.
Näiteks saavad ühel päeval kaks robotit, mis on eriti hästi kohanenud teatud keskkonnaga, ühendada oma geenid (okei, kood), et luua 3D-printeri abil väike robotlaps, millel on selle kahe esivanema jõud. Kui see lähenemisviis töötab, võib see viia robotiteni, kes ise konstrueerivad, luues täiuslikult kohandatud morfoloogiad ja käitumise, millest iniminsenerid pole kunagi unistanud.
Robotilapsed
See tundub kummaline ja pisut segane, kuid evolutsiooniline robootika teeb juba selliseid fantastilisi projekte. Näiteks Austraalias töötasid insenerid eelmisel aastal välja robotjalad, luues alguses juhuslikult 20 kuju. Virtuaalses simulatsioonis testisid nad, kui hästi kõik neist kõnnivad erinevatel pindadel, st testisid "sobivust" kõige tugevama ellujäämise osas. Siis võtsid nad parimad esinejad ja "sidusid" nad sarnaste jalgade tootmiseks - see tähendab lastele. Teadlased tegid seda põlvest põlve ikka ja jälle ning lõid jalad, mis olid üllatavalt kohandatud kõval pinnasel, kruusal või vees kõndimiseks. Kujundus on hullumeelne - nagu puuhakatised, kes tantsivad Fortnite'i tantse (sobivad hästi tugeva pinnase jaoks)ja kummaliselt deformeerunud elevandijalad (sobivad hästi veele).
Mis on peamine idee? Traditsiooniliselt kasutavad insenerid roboti kavandamist tavaliselt vanu ideid. Miks roveritel on kuus ratast? Sest kuuerattalised autod on Marsil varem hästi töötanud. Võimalik, et disainerid on siiski millestki ilma jäänud. Evolutsiooni ilu seisneb selles, et ta puutub pidevalt kokku hullumeelsete ideedega. Keegi pole näiteks välja arendanud seeni vihmases metsas sipelgate tungimiseks ja nende tõrjeks - ebaharilik strateegia, mis tuleneb juhuslike mutatsioonide genereerimisest ja looduslikust valikust.
Nagu looduses, määravad robotliikide evolutsiooni just mutatsioonid. Erinevus on oluline. Kui kaks organismi teevad lapse, siis nende geenid ühinevad, kuid muteeruvad ka nemad, mis võib viia lapse unikaalsete tunnuste ilmnemiseni, nagu näiteks tiibade pisut muudetud muster. Selline mutatsioon muudab järglased enam-vähem konkreetse keskkonnaga kohanemiseks. Kui see on ebasoodne mutatsioon, ei paljune loom nii tõhusalt (või ei paljune üldse) ja neid mutantseid geene ei anta edasi järgmisele põlvkonnale.
Vaadake, milline on Amsterdami vabaülikooli arvutiteadlane Gush Ayben. Ta võtab kaks suhteliselt lihtsat robotit, mis koosneb ühendatud moodulitest, ja ühendab need, ühendades nende "genoomid", mis sisaldavad teavet, näiteks värvuse kohta. See lisab sellele andmekombinatsioonile ka müra, mis jäljendab bioloogilist mutatsiooni, muutes järglasi pisut nii, et nad pole lihtsalt vanemlik segu. "Üks vanem on täiesti roheline, teine on täiesti sinine," ütleb Ayben. “Lapse jaoks on mõni moodul sinine, mõni roheline, aga pea on valge. See on mutatsiooniefekt."
Reklaamvideo:
Ja koos selle muudatusega ilmneb robotkujunduses uut tüüpi loovus. "See annab teile mitmekesisuse ja võimaluse uurida disainiruumi valdkondi, kuhu tavaliselt ei lähe," ütleb teadlane David Howard, kes töötas välja areneva jalasüsteemi ja avaldas hiljuti ajakirja Nature Machine Intelligence evolutsioonilise robootika teose. "Üks asjadest, mis muudab loodusliku evolutsiooni võimsaks, on idee, et ta suudab olendit tegelikult oma keskkonnaga kohandada."
Idee on robotitel kohaneda niššidega konkreetses keskkonnas sarnasel viisil. Oletame, et soovite robotit, mis saaks džungleid iseseisvalt uurida. See tähendab, et ta vajab algoritme, mis kontrollivad selle liikumist taimestiku kaudu, samuti morfoloogiat, mis sobib tiheda metsaga (seega pole rootorit). Kõigepealt peate selle navigeerimiskeskkonna modelleerima, valima ja valima robotid, mis teevad kõige paremini tööd, ning seejärel selle põhjal pisut modifitseeritud füüsikamasinad kavandama.
"Lõpuks saime palju väikeseid roboteid, mida oli lihtne ja odav valmistada," ütleb Howard. "Me saadame nad kohale ja mõned on teistest paremad." Kui robot ei tule tagasi, siis see ei sobi - loomulik valik tegevuses. Need, kes seda teevad, alustavad uut põlvkonda, mis prinditakse automaatselt 3D-le. Nii arenevad robotiliigid. Howard usub, et sellised süsteemid on 20 aasta pärast tavalised.
Muide, 3D-printerite kohta
Materjalid, millest need robotid valmistatakse, on vähe probleeme. "Kui 3D-printimine areneb kiiremini, saab sellest ideest reaalsus, kuid kaasaegsed printerid on väga aeglased," ütleb Tšiili ülikoolis evolutsioonilist robootikat õppiv Juan Cristobal Zagal. Nii masinad kui ka trükised on väga kallid. Kuid 3D-printerid saavad juba töötada mitmesuguste materjalidega, sealhulgas metalliga, ja see muudab need kiiremaks ja odavamaks.
Üldiselt sõltub nende robotite ulatus ja ulatus suuresti sellest, kuidas need evolutsioonisüsteemid materjalidega loovaks saavad. Tavaliste robotite tegemisel teavad insenerid, milliseid materjale kasutada, alates mootorites kasutatavast metallist kuni jäsemete süsinikkiust - ja need teadmised on aastakümnete pikkuste uuringute käigus edasi arenenud. Evolutsioonilised robotid avavad aga uue lähenemise materjalide kasutamisele. Võib-olla on plastikust jalg parem, kui teatud keskkonnas kõndida, kui süsinikkiust. Kui robot jääb ellu, siis on komponentide ja materjalide kombinatsioonis midagi, mis muutis selle tööks sobivaks, või evolutsioonilises mõttes oma niši.
Kas arvate, et evolutsioonilistel robotitel on tulevikku?
Ilja Khel
