De bacteriën doen het. Virussen doen het. Wormen, zoogdieren, zelfs bijen - ze doen het allemaal. Elk levend wezen op aarde reproduceert, of het nu aseksueel (saai) of seksueel (leuk) is. Robots doen dit niet. Stalen machines zijn niet erg geïnteresseerd in reproductie. Maar misschien kunnen ze leren. Evolutionaire robotica-wetenschappers proberen machines te dwingen zich aan de wereld aan te passen en zich uiteindelijk vanzelf voort te planten, zoals biologische organismen.
Op een dag zullen bijvoorbeeld twee robots die bijzonder goed zijn aangepast aan een bepaalde omgeving, hun genen (oké, code) kunnen combineren om een klein robotkind te maken met behulp van een 3D-printer, die de kracht van zijn twee voorouders zal hebben. Als deze aanpak werkt, zou dit kunnen leiden tot robots die zichzelf construeren en perfect aangepaste morfologieën en gedragingen creëren waar menselijke ingenieurs nooit van hebben kunnen dromen.
Robot kinderen
Het lijkt vreemd en een beetje verontrustend, maar evolutionaire robotica doet al zulke fantastische projecten. Ingenieurs in Australië hebben bijvoorbeeld vorig jaar robotbenen ontwikkeld, waarbij ze aanvankelijk willekeurig 20 vormen genereerden. In een virtuele simulatie testten ze hoe goed elk van hen op verschillende oppervlakken zou lopen, dat wil zeggen, ze testten de "geschiktheid" in termen van survival of the fittest. Daarna namen ze de beste presteerders en "koppelden" ze om vergelijkbare benen te produceren - dat wil zeggen, kinderen. Onderzoekers deden dit keer op keer, generatie na generatie, en creëerden benen die verrassend genoeg waren aangepast om op harde grond, grind of water te lopen. De ontwerpen zijn gek - zoals de boommensen die Fortnite-dansen dansen (goed voor vaste grond)en vreemd misvormde olifantenpoten (goed voor water).
Wat is het belangrijkste idee? Traditioneel, wanneer ingenieurs beginnen met het ontwerpen van een robot, hebben ze de neiging om oude ideeën te gebruiken. Waarom hebben rovers zes wielen? Omdat zeswielige auto's eerder goed hebben gewerkt op Mars. De ontwerpers hebben misschien iets gemist. Het mooie van evolutie is dat het constant tegen gekke ideeën aanloopt. Niemand heeft bijvoorbeeld een schimmel ontwikkeld om mieren in een regenwoud te penetreren en te bestrijden - een ongebruikelijke strategie die voortkomt uit het genereren van willekeurige mutaties en natuurlijke selectie.
Net als in de natuur zijn het mutaties die de evolutie van robotsoorten bepalen. Afwisseling is belangrijk. Wanneer twee organismen een kind voortbrengen, combineren hun genen zich, maar komen er ook mutaties bij, wat kan leiden tot het verschijnen van unieke eigenschappen bij het kind, zoals een licht gewijzigd patroon op de vleugels. Dit soort mutaties zorgt ervoor dat het nageslacht zich min of meer aanpast aan een bepaalde omgeving. Als dit een ongunstige mutatie is, reproduceert het dier zich niet zo efficiënt (of reproduceert het helemaal niet) en worden deze mutante genen niet doorgegeven aan de volgende generatie.
Kijk wat computerwetenschapper Gush Ayben van de Vrije Universiteit Amsterdam van plan is. Hij neemt twee relatief eenvoudige robots, bestaande uit onderling verbonden modules, en combineert ze, waarbij hij hun 'genomen' combineert die informatie over bijvoorbeeld kleuring bevatten. Het voegt ook ruis toe aan deze gegevenscombinatie, die een biologische mutatie nabootst, waardoor het nageslacht enigszins verandert, zodat ze niet alleen een ouderlijke mix zijn. "De ene ouder is helemaal groen, de andere is helemaal blauw", zegt Ayben. “Voor een kind zijn sommige modules blauw, andere groen, maar het hoofd is wit. Dit is een mutatie-effect."
Promotie video:
En met deze verandering komt er een nieuw soort creativiteit naar voren in robotontwerp. "Het geeft je afwisseling en de mogelijkheid om delen van de ontwerpruimte te verkennen waar je normaal niet naar binnen zou gaan", zegt onderzoeker David Howard, die het evoluerende beensysteem ontwikkelde en onlangs een paper publiceerde over evolutionaire robotica in Nature Machine Intelligence. "Een van de dingen die natuurlijke evolutie krachtig maakt, is het idee dat het een wezen daadwerkelijk kan aanpassen aan zijn omgeving."
Het idee is dat robots zich op een vergelijkbare manier aanpassen aan niches in een specifieke omgeving. Laten we zeggen dat je een robot wilt die de jungle alleen kan verkennen. Dit betekent dat het algoritmen nodig heeft die bepalen hoe het door vegetatie beweegt, evenals een morfologie die past bij dicht bos (dus geen rotoren). Je moet eerst deze navigatieomgeving modelleren, die robots uitkiezen en selecteren die het beste werk doen, en op basis hiervan licht aangepaste fysica-machines ontwerpen.
"We eindigden met veel kleine robots die eenvoudig en goedkoop te maken waren", zegt Howard. "We zullen ze verzenden en sommige zullen beter zijn dan andere." Als de robot niet terugkomt, is hij niet 'fit' - natuurlijke selectie in actie. Degenen die het doen, starten een nieuwe generatie die automatisch 3D-geprint wordt. Zo evolueren robotsoorten. Howard gelooft dat dergelijke systemen over 20 jaar gebruikelijk zullen zijn.
Over 3D-printers
De materialen waaruit deze robots gemaakt zullen worden, zijn geen probleem. "Als 3D-printen zich sneller ontwikkelt, wordt dit idee werkelijkheid, maar moderne printers zijn erg traag", zegt Juan Cristobal Zagal, die evolutionaire robotica studeert aan de Universiteit van Chili. Zowel de machines als het gedrukte materiaal zijn erg duur. Maar 3D-printers kunnen al met verschillende materialen werken, waaronder metaal, en dit maakt ze sneller en goedkoper.
Over het algemeen zal het bereik en de reikwijdte van deze robots grotendeels afhangen van hoe deze evolutionaire systemen creatief omgaan met materialen. Bij het maken van conventionele robots weten ingenieurs welke materialen ze moeten gebruiken, van metaal in motoren tot koolstofvezel in ledematen - en deze kennis is in de loop van decennia van onderzoek geëvolueerd. Evolutionaire robots openen echter een nieuwe benadering van het gebruik van materialen. Misschien is een plastic poot in een bepaalde omgeving beter in staat om te lopen dan koolstofvezel. Als de robot het overleeft, is er iets in de combinatie van componenten en materialen waardoor hij geschikt is voor werk, of, in evolutionaire zin, zijn niche.
Denk je dat evolutionaire robots een toekomst hebben?
Ilya Khel
