luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Category:

Дети роботов: ученые применили «естественный отбор» в робототехнике. Работает!

Бактерии делают это. Вирусы делают это. Черви, млекопитающие, даже пчелы — все делают это. Каждое живое существо на Земле воспроизводится, будь то бесполым (скучным) или половым (веселым) методом. Роботы этого не делают. Машины из стали не очень заинтересованы в воспроизводстве. Но, возможно, они смогут научиться. Ученые из области эволюционной робототехники пытаются заставить машины адаптироваться к миру и, в конечном итоге, воспроизводиться самостоятельно, подобно биологическим организмам.



К примеру, когда-нибудь два робота, которые особенно хорошо приспособлены к определенной среде, смогут объединить свои гены (ну ладно, код), чтобы создать с помощью 3D-принтера маленького робота-ребенка, у которого будет сила двух его предков. Если этот подход сработает, это может привести к появлению роботов, которые конструируют сами себя, создавая прекрасно адаптированные морфологии и модели поведения, о которых люди-инженеры никогда не мечтали.

Дети роботов

Это кажется странным и немного тревожным, но эволюционные робототехники уже занимаются такими фантастическими проектами. Инженеры из Австралии, например, разработали в прошлом году роботизированные ноги, сперва произвольно сгенерировав 20 форм. В ходе виртуального моделирования они проверили, насколько хорошо каждая из них будет ходить по разным поверхностям, то есть проверили «пригодность» в плане выживаемости наиболее приспособленных. Затем они взяли лучших исполнителей и «спарили» их, чтобы произвести похожие ноги — то есть, детей. Исследователи делали это снова и снова, поколение за поколением, и создавали ноги, которые были удивительным образом приспособлены для ходьбы по твердой земле, по гравию или по воде. Проекты сумасшедшие — похожи на людей из дерева, танцующих танцы из Fortnite (хороши для твердой почвы), и странным образом деформированные слоновьи ноги (хороши для воды).

В чем основная идея? Традиционно, когда инженеры начинают проектировать робота, они склонны использовать старые идеи. Почему у марсоходов шесть колес? Потому что шестиколесные машины хорошо работали на Марсе и раньше. Однако, возможно, дизайнеры что-то упустили. Прелесть эволюции в том, что она постоянно наталкивается на безумные идеи. Никто, например, не разработал грибок для проникновения в тела муравьев и контроля над ними в дождливом лесу — эта необычная стратегия появилась благодаря поколению случайных мутаций и естественному отбору.

Как и в природе, именно мутации будут определять эволюцию видов роботов. Важна вариативность. Когда два организма делают ребенка, их гены объединяются, однако в них проникают и мутации, что может привести к появлению у ребенка уникальных черт, вроде слегка измененного узора на крыльях. Такого рода мутации делает потомство более или менее приспособленным к конкретной среде. Если это неблагоприятная мутация, животное размножается не так эффективно (или вообще не размножается), и эти мутантные гены не передаются следующему поколению.

Посмотрите, чем занимается ученый в области компьютеров Гуш Айбен из Амстердамского свободного университета. Он берет двух относительно простых роботов, состоящих из соединенных модулей, и объединяет их, комбинируя их «геномы», которые несут информацию, скажем, об окраске. Он также добавляет шум в эту комбинацию данных, который имитирует биологическую мутацию, слегка изменяя потомство, так чтобы оно не было просто смесью родителей. «Один родитель полностью зеленый, другой полностью синий», говорит Айбен. «У ребенка какие-то модули будут синими, какие-то зелеными, но голова белая. Это мутационный эффект».

И с этим изменением появляется новый вид творчества в роботизированном дизайне. «Это дает вам разнообразие и возможность исследовать области дизайнерского пространства, в которые вы обычно не выходите», говорит исследователь Дэвид Говард, который разработал эволюционирующую систему ног и недавно опубликовал работу на тему эволюционной робототехники в Nature Machine Intelligence. «Одной из вещей, которая делает естественную эволюцию мощной, является идея о том, что она действительно может приспособить существо к окружающей среде».

Идея состоит в том, чтобы роботы адаптировались к нишам в определенной среде аналогичным образом. Допустим, вам нужен робот, который может самостоятельно исследовать джунгли. Это означает, что ему нужны алгоритмы, которые управляют тем, как он движется сквозь растительность, а также морфология, которая подходит для густого леса (поэтому никаких роторов). Сперва вы должны смоделировать эту среду для навигации, выбрать и отобрать тех из роботов, которые справляются с задачей лучше всего, а затем проектировать слегка измененные физические машины на основе этого.

«В итоге мы получили множество небольших роботов, которые простые и дешевые в изготовлении», говорит Говард. «Мы отправим их и некоторые будут лучше других». Если робот не вернется, значит он «не подходит» — естественный отбор в действии. Те, кто справится, начнет новое поколение, которое автоматически будет выпущено на 3D-принтере. Таким образом, роботизированные виды эволюционируют. Говард считает, что такие системы будут распространены через 20 лет.

К слову, о 3D-принтерах

Материалы, из которых эти роботы будут делаться, представляют собой небольшую проблему. «Если 3D-печать будет развиваться быстрее, эта идея станет реальностью, но современные принтеры работают очень медленно», говорит Хуан Кристобаль Загал, который изучает эволюционную робототехнику в Университете Чили. И машины, и печатные материалы очень дорогие. Но 3D-принтеры уже могут работать с самыми разными материалами, в том числе металлическими, и от этого они станут быстрее и дешевле.

В целом, диапазон и область применения этих роботов будут в значительной степени зависеть от того, как эти эволюционные системы будут проявлять творчество в работе с материалами. Делая обычных роботов, инженеры знают, какие материалы использовать, от металла в двигателях до углеродного волокна в конечностях — и эти знания сложились за многие десятилетия исследований. Однако эволюционные роботы открывают новый подход в применении материалов. Возможно, пластиковая нога будет лучше при ходьбе в определенной среде, чем углеродное волокно. Если робот выживет, значит, есть что-то в комбинации компонентов и материалов, которые сделали его пригодным для работы, или, в эволюционном смысле, в его нише.

«Возможно, если появится новый класс материалов, мы можем просто подключить его и он сможет выбирать», говорит Говард. «У человека-дизайнера освободится много времени».

Как думаете, у эволюционных роботов есть будущее?

Tags: робот
Subscribe

Posts from This Journal “робот” Tag

promo luckyea77 june 19, 23:05 11
Buy for 10 tokens
Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4 Часть 5 Март 2018 года Индустриализация стала основным инструментом достижения экономического богатства стран, начиная с появления прядильных машин в конце XVIII века; при смене технологических укладов менялись местами мировые промышленные лидеры. Какой…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 1 comment