Lo fanno i batteri. I virus lo fanno. Vermi, mammiferi, persino api: lo fanno tutti. Ogni essere vivente sulla Terra si riproduce, sia che sia asessuato (noioso) o sessuale (divertente). I robot non lo fanno. Le macchine in acciaio non sono molto interessate alla riproduzione. Ma forse possono imparare. Gli scienziati della robotica evolutiva stanno cercando di costringere le macchine ad adattarsi al mondo e alla fine a riprodursi da sole, come gli organismi biologici.
Ad esempio, un giorno due robot che sono particolarmente ben adattati a un determinato ambiente saranno in grado di combinare i loro geni (ok, codice) per creare un piccolo robot bambino utilizzando una stampante 3D, che avrà il potere dei suoi due antenati. Se questo approccio funziona, potrebbe portare a robot che si costruiscono da soli, creando morfologie e comportamenti perfettamente adattati che gli ingegneri umani non hanno mai sognato.
Ragazzi robot
Sembra strano e un po 'inquietante, ma la robotica evolutiva sta già realizzando progetti fantastici. Gli ingegneri australiani, ad esempio, hanno sviluppato gambe robotiche l'anno scorso, generando inizialmente 20 forme casuali. In una simulazione virtuale, hanno testato quanto bene ciascuno di loro avrebbe camminato su superfici diverse, cioè testato l '"idoneità" in termini di sopravvivenza del più adatto. Quindi hanno preso i migliori artisti e li hanno "accoppiati" per produrre gambe simili, cioè bambini. I ricercatori lo hanno fatto più e più volte, generazione dopo generazione, e hanno creato gambe sorprendentemente adattate per camminare su terreni duri, ghiaia o acqua. I disegni sono pazzi, come l'albero che balla le danze di Fortnite (buono per un terreno solido)e zampe di elefante stranamente deformate (buone per l'acqua).
Qual è l'idea principale? Tradizionalmente, quando gli ingegneri iniziano a progettare un robot, tendono a utilizzare vecchie idee. Perché i rover hanno sei ruote? Perché le auto a sei ruote hanno già funzionato bene su Marte. Tuttavia, i progettisti potrebbero essersi persi qualcosa. Il bello dell'evoluzione è che si scontra costantemente con idee folli. Nessuno, ad esempio, ha sviluppato un fungo per penetrare e controllare le formiche in una foresta pluviale: una strategia insolita che deriva dalla generazione di mutazioni casuali e dalla selezione naturale.
Come in natura, sono le mutazioni che determineranno l'evoluzione delle specie robotiche. La varietà è importante. Quando due organismi formano un bambino, i loro geni si combinano, ma anche le mutazioni entrano in essi, il che può portare alla comparsa di caratteristiche uniche nel bambino, come un modello leggermente alterato sulle ali. Questo tipo di mutazione rende la prole più o meno adattata a un particolare ambiente. Se si tratta di una mutazione sfavorevole, l'animale non si riproduce in modo altrettanto efficiente (o non si riproduce affatto) e questi geni mutanti non vengono trasmessi alla generazione successiva.
Guarda cosa sta facendo l'informatico Gush Ayben della Libera Università di Amsterdam. Prende due robot relativamente semplici, costituiti da moduli collegati, e li combina, combinando i loro "genomi" che trasportano informazioni, diciamo, sulla colorazione. Aggiunge anche rumore a questa combinazione di dati, che imita una mutazione biologica, alterando leggermente la prole in modo che non sia solo un mix genitoriale. "Un genitore è completamente verde, l'altro è completamente blu", dice Ayben. “Per un bambino, alcuni moduli saranno blu, alcuni saranno verdi, ma la testa è bianca. Questo è un effetto mutazionale."
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E con questo cambiamento, un nuovo tipo di creatività emerge nel design robotico. "Offre varietà e capacità di esplorare aree dello spazio di progettazione in cui normalmente non entrereste", afferma il ricercatore David Howard, che ha sviluppato il sistema delle gambe in evoluzione e ha recentemente pubblicato un documento sulla robotica evolutiva in Nature Machine Intelligence. "Una delle cose che rende potente l'evoluzione naturale è l'idea che possa effettivamente adattare una creatura al suo ambiente".
L'idea è che i robot si adattino alle nicchie in un ambiente specifico in modo simile. Supponiamo che tu voglia un robot in grado di esplorare la giungla da solo. Ciò significa che necessita di algoritmi che controllino il modo in cui si muove attraverso la vegetazione, nonché di una morfologia adatta a una fitta foresta (quindi niente rotori). Devi prima modellare questo ambiente di navigazione, scegliere e selezionare quei robot che fanno il lavoro migliore e quindi progettare macchine fisiche leggermente modificate basate su questo.
"Ci siamo ritrovati con un sacco di piccoli robot che erano semplici ed economici da realizzare", afferma Howard. "Li spediremo e alcuni saranno migliori di altri". Se il robot non torna, non è "adatto": la selezione naturale in azione. Chi lo farà inizierà una nuova generazione che verrà automaticamente stampata in 3D. Pertanto, le specie robotiche si evolvono. Howard crede che tali sistemi saranno comuni tra 20 anni.
A proposito, sulle stampanti 3D
I materiali con cui saranno realizzati questi robot presentano pochi problemi. "Se la stampa 3D si sviluppa più velocemente, questa idea diventa realtà, ma le stampanti moderne sono molto lente", afferma Juan Cristobal Zagal, che studia robotica evolutiva presso l'Università del Cile. Sia le macchine che i materiali stampati sono molto costosi. Ma le stampanti 3D possono già funzionare con una varietà di materiali, incluso il metallo, e questo le renderà più veloci ed economiche.
Nel complesso, la gamma e la portata di questi robot dipenderanno in gran parte da come questi sistemi evolutivi diventeranno creativi con i materiali. Quando si realizzano robot convenzionali, gli ingegneri sanno quali materiali utilizzare, dal metallo nei motori alla fibra di carbonio negli arti, e questa conoscenza si è evoluta in decenni di ricerca. Tuttavia, i robot evolutivi stanno aprendo un nuovo approccio all'uso dei materiali. Forse una gamba di plastica sarà più brava a camminare in un determinato ambiente rispetto alla fibra di carbonio. Se il robot sopravvive, allora c'è qualcosa nella combinazione di componenti e materiali che lo ha reso adatto al lavoro o, in senso evolutivo, nella sua nicchia.
Pensi che i robot evolutivi abbiano un futuro?
Ilya Khel
