Die Bakterien machen es. Viren machen es. Würmer, Säugetiere, sogar Bienen - sie alle tun es. Jedes Lebewesen auf der Erde vermehrt sich, ob es asexuell (langweilig) oder sexuell (lustig) ist. Roboter machen das nicht. Stahlmaschinen sind nicht sehr an Reproduktion interessiert. Aber vielleicht können sie lernen. Wissenschaftler der evolutionären Robotik versuchen, Maschinen dazu zu zwingen, sich an die Welt anzupassen und sich letztendlich wie biologische Organismen selbst zu reproduzieren.
Zum Beispiel können eines Tages zwei Roboter, die besonders gut an eine bestimmte Umgebung angepasst sind, ihre Gene (okay, Code) kombinieren, um mithilfe eines 3D-Druckers ein kleines Roboterkind zu erstellen, das die Leistung seiner beiden Vorfahren besitzt. Wenn dieser Ansatz funktioniert, könnte er dazu führen, dass Roboter sich selbst konstruieren und perfekt angepasste Morphologien und Verhaltensweisen erzeugen, von denen menschliche Ingenieure nie geträumt haben.
Roboterkinder
Es scheint seltsam und ein wenig beunruhigend, aber die evolutionäre Robotik macht bereits so fantastische Projekte. Beispielsweise haben Ingenieure in Australien im vergangenen Jahr Roboterbeine entwickelt, die zunächst zufällig 20 Formen erzeugten. In einer virtuellen Simulation testeten sie, wie gut jeder von ihnen auf verschiedenen Oberflächen laufen würde, dh testeten die "Eignung" hinsichtlich des Überlebens der Stärksten. Dann nahmen sie die besten Darsteller und "gepaart" sie, um ähnliche Beine zu produzieren - das heißt, Kinder. Die Forscher taten dies immer und immer wieder, Generation für Generation, und schufen Beine, die überraschenderweise für das Gehen auf hartem Boden, Kies oder Wasser geeignet waren. Die Designs sind verrückt - wie die Baummenschen, die Fortnite-Tänze tanzen (gut für festen Boden)und seltsam deformierte Elefantenbeine (gut für Wasser).
Was ist die Hauptidee? Wenn Ingenieure mit der Entwicklung eines Roboters beginnen, verwenden sie traditionell alte Ideen. Warum haben Rover sechs Räder? Weil sechsrädrige Autos auf dem Mars schon früher gut funktioniert haben. Möglicherweise haben die Designer jedoch etwas verpasst. Das Schöne an der Evolution ist, dass sie ständig auf verrückte Ideen stößt. Zum Beispiel hat niemand einen Pilz entwickelt, der Ameisen in einem regnerischen Wald durchdringt und bekämpft - eine ungewöhnliche Strategie, die sich aus der Erzeugung zufälliger Mutationen und der natürlichen Selektion ergibt.
Wie in der Natur sind es Mutationen, die die Entwicklung der Roboterspezies bestimmen. Abwechslung ist wichtig. Wenn zwei Organismen ein Kind bilden, verbinden sich ihre Gene, aber auch Mutationen treten in sie ein, was dazu führen kann, dass beim Kind einzigartige Merkmale auftreten, wie z. B. ein leicht verändertes Muster auf den Flügeln. Durch diese Art der Mutation wird der Nachwuchs mehr oder weniger an eine bestimmte Umgebung angepasst. Wenn dies eine ungünstige Mutation ist, vermehrt sich das Tier nicht so effizient (oder überhaupt nicht) und diese mutierten Gene werden nicht an die nächste Generation weitergegeben.
Sehen Sie, was der Informatiker Gush Ayben von der Freien Universität Amsterdam vorhat. Er nimmt zwei relativ einfache Roboter, die aus verbundenen Modulen bestehen, und kombiniert sie, indem er ihre "Genome" kombiniert, die beispielsweise Informationen über die Färbung enthalten. Es fügt dieser Datenkombination auch Rauschen hinzu, das eine biologische Mutation nachahmt und die Nachkommen leicht verändert, so dass sie nicht nur eine Mischung aus Eltern sind. "Ein Elternteil ist komplett grün, der andere ist komplett blau", sagt Ayben. „Für ein Kind sind einige Module blau, andere grün, aber der Kopf ist weiß. Dies ist ein Mutationseffekt."
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Und mit dieser Änderung entsteht eine neue Art von Kreativität im Roboterdesign. "Es gibt Ihnen Abwechslung und die Möglichkeit, Bereiche des Designraums zu erkunden, in die Sie normalerweise nicht gehen würden", sagt der Forscher David Howard, der das sich entwickelnde Beinsystem entwickelt und kürzlich einen Artikel über evolutionäre Robotik in Nature Machine Intelligence veröffentlicht hat. "Eines der Dinge, die die natürliche Evolution mächtig machen, ist die Idee, dass sie eine Kreatur tatsächlich an ihre Umgebung anpassen kann."
Die Idee ist, dass sich Roboter auf ähnliche Weise an Nischen in einer bestimmten Umgebung anpassen. Angenommen, Sie möchten einen Roboter, der den Dschungel auf eigene Faust erkunden kann. Dies bedeutet, dass Algorithmen benötigt werden, die steuern, wie es sich durch die Vegetation bewegt, sowie eine Morphologie, die für dichten Wald geeignet ist (also keine Rotoren). Sie müssen zuerst diese Navigationsumgebung modellieren, die Roboter auswählen, die die beste Arbeit leisten, und dann darauf basierend leicht modifizierte Physikmaschinen entwerfen.
„Am Ende hatten wir viele kleine Roboter, die einfach und billig herzustellen waren“, sagt Howard. "Wir werden sie versenden und einige werden besser sein als andere." Wenn der Roboter nicht zurückkommt, ist er nicht „fit“- natürliche Selektion in Aktion. Diejenigen, die dies tun, werden eine neue Generation starten, die automatisch in 3D gedruckt wird. So entwickeln sich Roboterarten. Howard glaubt, dass solche Systeme in 20 Jahren üblich sein werden.
Übrigens über 3D-Drucker
Die Materialien, aus denen diese Roboter hergestellt werden, stellen kein Problem dar. „Wenn sich der 3D-Druck schneller entwickelt, wird diese Idee Wirklichkeit, aber moderne Drucker sind sehr langsam“, sagt Juan Cristobal Zagal, der an der Universität von Chile evolutionäre Robotik studiert. Sowohl die Maschinen als auch die Drucksachen sind sehr teuer. 3D-Drucker können jedoch bereits mit einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Metall, arbeiten, wodurch sie schneller und billiger werden.
Insgesamt hängen Reichweite und Umfang dieser Roboter weitgehend davon ab, wie diese Evolutionssysteme mit Materialien kreativ werden. Bei der Herstellung herkömmlicher Roboter wissen die Ingenieure, welche Materialien zu verwenden sind, von Metall in Motoren bis hin zu Kohlefasern in Gliedmaßen - und dieses Wissen hat sich über Jahrzehnte der Forschung entwickelt. Evolutionsroboter eröffnen jedoch einen neuen Ansatz für Materialien. Vielleicht kann ein Plastikbein in einer bestimmten Umgebung besser laufen als Kohlefaser. Wenn der Roboter überlebt, liegt etwas in der Kombination von Komponenten und Materialien, das ihn arbeitsfähig gemacht hat, oder im evolutionären Sinne in seiner Nische.
Denken Sie, dass Evolutionsroboter eine Zukunft haben?
Ilya Khel
