Roboty będą mogły niedługo się rozmnażać – czy to zmieni nasze myślenie o ewolucji?

Reklama

czw., 06/24/2021 - 01:25 -- MagdalenaL

Zdjęcie: Jane Barlow / PA

Od dna oceanów po niebo nad nami, naturalna ewolucja wypełniła naszą planetę ogromną i różnorodną gamą form życia, z około 8 milionami gatunków przystosowanych do swojego otoczenia na niezliczone sposoby. Jednak 100 lat po tym, jak Karel Čapek wprowadził słowo „robot”, możliwości funkcjonalne wielu gatunków wciąż przewyższają możliwości obecnej inżynierii ludzkiej, która jeszcze nie opracowała metody produkcji robotów posiadających inteligencję na poziomie człowieka, poruszających się i działających płynnie w trudnych warunkach i zdolnych do samoreprodukcji.

Ale czy roboty mogłyby się kiedykolwiek rozmnażać? To niewątpliwie tworzy filar „życia”, wspólny dla wszystkich naturalnych organizmów. Zespół naukowców z Wielkiej Brytanii i Holandii ostatnio zademonstrował w pełni zautomatyzowaną technologię, która umożliwia robotom wielokrotne rozmnażanie się, ewoluując z czasem swój sztuczny kod genetyczny, aby lepiej przystosować się do środowiska. Jest to równoznaczne ze sztuczną ewolucją. Roboty-dzieci są tworzone przez zmieszanie cyfrowego „DNA” z dwóch robotów-rodziców na komputerze.

Nowy projekt jest najpierw przesyłany do drukarki 3D, która wytwarza ciało robota, a następnie do ramienia robota dołącza się „mózg” z oprogramowaniem sterującym, odziedziczonym po rodzicach, wraz ze wszelkimi nowymi komponentami, takimi jak czujniki, koła czy przeguby, wybrane przez ten „ewolucyjny” proces. W symulacji komputerowej powstaje również cyfrowa replika każdego nowego robota. Umożliwia to nowatorski rodzaj ewolucji: nowe pokolenia mogą powstawać z połączenia najbardziej udanych cech wirtualnej „matki” i fizycznego „ojca”, łącząc korzyści płynące z szybkiej, ale potencjalnie nierealistycznej symulacji ewolucji z dokładniejszą oceną robotów w rzeczywistym środowisku. Nowe roboty dziedziczą cechy, które reprezentują to, co jest najlepsze w obu typach ewolucji.

Chociaż ta technologia może działać bez człowieka, umożliwia również współpracę z ludzkimi „hodowcami”: tak jak ludzie selektywnie hodują rośliny od początku rolnictwa, hodowca robotów może wpływać na wybór robotów o określonych cechach. Można nawet sobie wyobrazić gospodarstwa hodowlane, produkujące roboty dostosowane do konkretnych warunków i wymagań użytkowników. Mogą być hodowane ze względu na takie cechy, jak żywotność baterii lub ślad węglowy, tak jak rośliny są hodowane pod kątem odporności na suszę lub smaku.

Takie gospodarstwa powinny podlegać takim samym ścisłym kontrolom i względom etycznym, jak hodowla genetycznie zmodyfikowanych upraw, na przykład poprzez umożliwienie zamknięcia całego obiektu za naciśnięciem jednego przycisku lub ograniczenie dostaw surowców. Co więcej, ważne jest również rozważenie możliwości, że ewolucja może spowodować, że roboty będą wykazywać złośliwe lub szkodliwe zachowania i należałoby wprowadzić odpowiednie środki zapobiegawcze.

Idea ewolucji cyfrowej – imitacji ewolucji biologicznej w oprogramowaniu, aby sukcesywnie wypracowywać coraz lepsze rozwiązania problemów z biegiem czasu – nie jest nowa. Miało to miejsce już w latach 60. XX wieku, kiedy niemieccy inżynierowie zaprogramowali komputer do opracowania optymalnej konstrukcji przegubowej płyty poddanej turbulentnemu przepływowi powietrza. Od tego czasu „algorytmy ewolucyjne” działające w komputerze są wykorzystywane do projektowania wszystkiego, od stołów po łopatki turbin, mówiąc procesowi ewolucyjnemu, jaki wskaźnik powinien dążyć do optymalizacji (na przykład moc generowana przez łopatki turbiny). W 2006 roku NASA wysłała w kosmos satelitę z anteną komunikacyjną zaprojektowaną przez sztuczną ewolucję.

Jesteśmy teraz w przełomowym momencie. Chociaż naukowcy zawsze byli pewni, że ewolucja cyfrowa może być skuteczna jako narzędzie optymalizacji, jej kreatywność w tworzeniu oryginalnych i nietypowych projektów, które nie zostałyby wymyślone przez człowieka, była bardziej zaskakująca. Kreatywność ewolucji biologicznej jest wyraźnie widoczna w świecie przyrody. W kubańskim lesie deszczowym pnącza wyewoluowały liście w kształcie talerzy satelitarnych, które wzmacniają sygnały rozchodzące się przez nietoperze, aby skierować je na kwiaty, zwiększając zapylanie. W mroźnym Oceanie Południowym ryby wytwarzają własne białka „przeciw zamarzaniu”, aby przetrwać.

Jednak zaobserwowano również liczne przykłady kreatywności w ewolucji cyfrowej. Poproszona o znalezienie zachowań sześcionożnego robota, które umożliwiłyby mu chodzenie, nawet gdyby był uszkodzony, ewolucja cyfrowa odkryła wiele sposobów chodzenia, które wykorzystywały tylko podzbiory nóg, a nawet sposób poruszania się, jeśli wszystkie nogi robota zostały odłamane, poprzez chodzenie na grzbiecie. W innym przypadku wyewoluowała obwód elektroniczny na chipie, w którym elementy obwodu zostały odłączone, wykorzystując efekty sprzężenia elektromagnetycznego charakterystyczne dla wad silikonu na chipie.

Ewolucja cyfrowa znajduje teraz zastosowanie w dziedzinach, które możemy określić jako wyjątkowo ludzkie, na przykład w tworzeniu muzyki i sztuki (nawet zdobywając nagrodę w konkursie artystycznym Uniwersytetu w Wyoming, gdzie jury nie było świadome, że zwycięskie zdjęcie zostało stworzone przez algorytm). Choć może to brzmieć dla niewtajemniczonych jak sztuczna inteligencja, ewolucja cyfrowa jest specyficznym podzbiorem tej szerszej dziedziny.

Pomysł wykorzystania ewolucji do projektowania robotów jest szczególnie atrakcyjny, zwłaszcza w przypadkach, gdy ludzie mają niewielką wiedzę na temat środowiska, w którym robot powinien działać – na przykład w górnictwie podwodnym, oczyszczaniu starych odpadów w reaktorze jądrowym lub stosowaniu nanorobotów przy dostarczaniu leków do ludzkiego ciała. W przeciwieństwie do ewolucji naturalnej, która jest napędzana w celu „przetrwania i reprodukcji”, sztuczna ewolucja może być napędzana przez konkretne cele. Kiedy ten ewolucyjny proces zostanie wprowadzony w ruch z opisaną powyżej technologią systemu komputerowego, który instruuje drukarkę 3D, aby tworzyła lepsze modele robotów dla konkretnych środowisk, będziemy mieć początki teoretycznych ram dla samowystarczalnej populacji robotów, która jest w stanie się rozmnażać i „ewoluować” bez dużego wkładu ludzi.

Co nie znaczy, że ludzie byliby niepotrzebni. Ewolucja cyfrowa będzie prawdopodobnie procesem współpracy człowieka i maszyny, w którym ludzie dostarczą opisów tego, co jest pożądane, a ewolucja zapewni sposoby. Na przykład człowiek może zażądać „energooszczędnego robota wykonanego z trwałych materiałów do przemieszczania ciężkich odpadów wewnątrz reaktora”, pozostawiając ewolucji, aby odkryła, jak można to osiągnąć. Postępy w technologii produkcji, które ułatwiają zautomatyzowane i szybkie prototypowanie w szeregu materiałów, w tym elastycznych i miękkich tworzyw sztucznych, odegrały ważną rolę w zwiększeniu naszej zdolności do replikowania ewolucji w praktycznych ramach czasowych.

Jeśli to wszystko może wydawać się graniczące z fantastyką naukową, to jest to poważna kwestia. Roboty mają do odegrania rolę w naszej przyszłości, czy to w zrewolucjonizowaniu opieki zdrowotnej, czy w wykonywaniu zadań zbyt niebezpiecznych dla ludzi. Szybko zużywamy zapasy surowców na naszej planecie, a obecne procesy produkcyjne zwiększają emisję dwutlenku węgla i stwarzają poważne problemy z utylizacją odpadów. Być może kreatywność metod ewolucyjnych umożliwi projektowanie nowych typów robotów, nieskrępowanych ograniczeniami, jakie nasze rozumienie inżynierii, fizyki i materiałoznawstwa nakłada na obecne procesy projektowe.

Z innej perspektywy, dopóki nie odkryjemy życia pozaziemskiego, biolodzy mają tylko jeden „system”, na którym mogą badać ewolucję. Tak jak Wielki Zderzacz Hadronów dostarcza nam narzędzi do badania zawiłości fizyki cząstek elementarnych, być może system reprodukcji robotów dostarcza nowych narzędzi do badania fundamentalnych pytań dotyczących samego życia.

Autor: 
Emma Hart / tłum. Alicja Haupka

Reklama