Desde el fondo de los océanos hasta los cielos sobre nosotros, la evolución natural ha llenado nuestro planeta con una amplia y diversa variedad de formas de vida, con aproximadamente 8 millones de especies adaptadas a su entorno.
Es cierto que las habilidades funcionales de muchas especies aún superan las capacidades de la ingeniería humana actual, que aún tiene que desarrollar métodos convincentes para producir robots que demuestren inteligencia a nivel humano, se muevan y operen sin problemas en entornos desafiantes, y sean capaces de autorreproducirse.
¿Qué pasaría si los robots pudieran construirse y optimizarse a sí mismos, con poca o ninguna ayuda de los humanos?
Un equipo de investigadores del Reino Unido y los Países Bajos ha demostrado recientemente una tecnología totalmente automatizada que permite que los robots físicos se reproduzcan repetidamente, evolucionando su código genético artificial con el tiempo para adaptarse mejor a su entorno. Podría decirse que esto equivale a una evolución artificial. Los robots hijos se crean mezclando el «ADN» digital de dos robots padres en una computadora.
La científica informática Emma Hart está trabajando en una nueva tecnología que podría hacer posible la «evolución artificial».
Ella explica cómo los tres ingredientes de la evolución biológica se pueden replicar digitalmente para construir robots que puedan auto ensamblarse y adaptarse a cualquier entorno, desde el terreno rocoso de otros planetas hasta las profundidades más oscuras del océano, lo que podría marcar el comienzo de una nueva generación. de exploración.
Imagínate esta situación: un científico que quiere enviar un robot a explorar un lugar lejano, un lugar cuya geografía puede ser completamente desconocida y quizás inhóspita. Imagina que en lugar de diseñar primero ese robot y enviarlo con la esperanza de que sea el adecuado para esa misión concreta, envías al mismo tiempo de forma implícita una tecnología de producción de robots que es capaz de descubrir qué tipo de robot se necesita realmente una vez que se llega al destino. Lo construye y luego lo habilita. a seguir evolucionando para adaptarse a su nuevo entorno.
Estamos hablando de una tecnología en la que el diseño y la fabricación de robots se conviertan en una tarea para máquinas en lugar de humanos.
Los robots, protagonistas de la ciencia ficción, serán en serán en breve el pan de cada día
Los robots han recorrido un largo camino desde nuestras primeras torpes incursiones en el movimiento artificial hace muchas décadas. Hoy en día, empresas como Boston Dynamics producen robots Ultra eficientes que cargan camiones, construyen paletas y mueven cajas por las fábricas, realizando tareas que podría pensar que solo los humanos pueden realizar.
A pesar de estos avances, diseñar robots para trabajar en entornos desconocidos o inhóspitos, como exoplanetas o fosas oceánicas profundas, aún representa un desafío considerable para los científicos e ingenieros. En el cosmos, ¿qué forma y tamaño debería tener el robot ideal? ¿Debe gatear o caminar? ¿Qué herramientas necesitará para manipular su entorno y cómo sobrevivirá a los extremos de presión, temperatura y corrosión química?
Un rompecabezas imposible para los humanos, la naturaleza ya ha resuelto este problema.
La evolución darwiniana ha dado como resultado millones de especies perfectamente adaptadas a su entorno. Aunque la evolución biológica lleva millones de años, la evolución artificial (modelar procesos evolutivos dentro de una computadora) puede tener lugar en horas o incluso minutos. Los científicos informáticos han estado aprovechando su poder durante décadas, lo que ha dado como resultado, por ejemplo, boquillas de gas para antenas de satélite que se adaptan perfectamente a su función.
Pero la evolución artificial actual de los objetos físicos en movimiento aún requiere una gran cantidad de supervisión humana, lo que requiere un estrecho circuito de retroalimentación entre el robot y el ser humano.
Si la evolución artificial es para diseñar un robot útil para la exploración exoplanetaria, necesitaremos eliminar al humano del ciclo. En esencia, los diseños de robots evolucionados deben fabricarse, ensamblarse y probarse a sí mismos de forma autónoma, sin supervisión humana.
La idea de aprovechar la evolución para diseñar robots es particularmente atractiva, especialmente en los casos en que los humanos tienen poco conocimiento del entorno en el que debe operar el robot, por ejemplo, la minería submarina, la limpieza de desechos heredados dentro de un reactor nuclear o el uso de nano robots. para administrar medicamentos dentro del cuerpo humano.
A diferencia de la evolución natural, que está impulsada simplemente por los objetivos de «supervivencia y reproducción», la evolución artificial puede estar impulsada por objetivos específicos.
Una vez que este proceso evolutivo se establece en cadena, y con la tecnología descrita anteriormente, de un sistema informático que instruye a una impresora 3D para crear modelos mejorados de los robots para estos entornos particulares, tenemos el comienzo de un marco teórico para un robot autosuficiente. población que es capaz de reproducirse a sí misma y «evolucionar» sin demasiado aporte de los humanos.
Selección antinatural
Cualquier robot evolucionado deberá ser capaz de detectar su entorno y tener diversos medios de movimiento, por ejemplo, usar ruedas, piernas articuladas o incluso una combinación de ambos. Y para abordar la inevitable brecha de realidad que se produce cuando se transfiere un diseño de software a hardware, también es deseable que al menos se produzca alguna evolución en el hardware, dentro de un ecosistema de robots que evolucionan en tiempo y espacio reales.
El proyecto Autonomous Robot Evolution ( ARE ) aborda exactamente esto, reuniendo a científicos e ingenieros de cuatro universidades en un ambicioso proyecto de cuatro años para desarrollar esta nueva tecnología radical.
El hardware robótico se someterá a la selección natural en esta instalación de la cuna a la tumba. En la imagen de abajo cortesia de York Robotics Laboratory, vemos como los robots «nacerán» mediante el uso de la fabricación 3D. Se utiliza un nuevo tipo de arquitectura evolutiva híbrida de hardware y software para el diseño. Eso significa que cada robot físico tiene un clon digital.
El hardware robótico se someterá a la selección natural en esta instalación de la cuna a la tumba.
Los robots físicos se someten a pruebas de rendimiento en entornos del mundo real, mientras que sus clones digitales ingresan a un programa de software, donde experimentan una rápida evolución simulada. Este sistema híbrido introduce un tipo novedoso de evolución: se pueden producir nuevas generaciones a partir de la unión de los rasgos más exitosos de una “madre” virtual y un “padre” físico.
Además de ser representados en nuestro simulador, los robots «niños» producidos a través de nuestra evolución híbrida también se imprimen en 3D y se introducen en un entorno similar a una guardería del mundo real.
Los individuos más exitosos dentro de este centro de entrenamiento físico hacen que su «código genético» esté disponible para la reproducción y la mejora de las generaciones futuras, mientras que los robots menos «aptos» pueden simplemente ser izados y reciclados en otros nuevos como parte de un ciclo evolutivo continuo.
Dos años después de iniciado el proyecto, se han logrado avances significativos. Desde una perspectiva científica, se han diseñado nuevos algoritmos evolutivos artificiales que han producido un conjunto diverso de robots que conducen o se arrastran y pueden aprender a navegar a través de laberintos complejos. Estos algoritmos evolucionan tanto el plan corporal como el cerebro del robot.
El cerebro contiene un controlador que determina cómo se mueve el robot, interpretando la información sensorial del entorno y traduciéndola en controles motores. Una vez que se construye el robot, un algoritmo de aprendizaje refina rápidamente el cerebro del niño para tener en cuenta cualquier posible desajuste entre su nuevo cuerpo y su cerebro heredado.
Desde una perspectiva de ingeniería, se ha diseñado el » Robo Fab » para automatizar completamente la fabricación. Este brazo robótico conecta cables, sensores y otros «órganos» elegidos por la evolución al chasis impreso en 3D del robot. Diseñamos estos componentes para facilitar un ensamblaje rápido, dando acceso a RoboFab a una gran caja de herramientas de miembros y órganos robóticos.
Robots para limpieza de basura
El primer caso de uso importante que los científicos planean abordar es implementar esta tecnología para diseñar robots que lleven a cabo la limpieza de desechos heredados en un reactor nuclear, como el que se ve en la miniserie de televisión Chernóbil.
El uso de humanos para esta tarea es peligroso y costoso, y aún quedan por desarrollar las soluciones robóticas necesarias.
De cara al futuro, la visión a largo plazo es desarrollar la tecnología lo suficiente como para permitir la evolución de ecosistemas robóticos autónomos completos que vivan y trabajen durante largos períodos en entornos desafiantes y dinámicos sin la necesidad de supervisión humana directa.
En este nuevo paradigma radical, los robots se conciben y nacen, en lugar de diseñarse y fabricarse.
Dichos robots cambiarán fundamentalmente el concepto de máquinas, mostrando una nueva generación que puede cambiar su forma y comportamiento con el tiempo, al igual que nosotros.
El impacto más significativo de este trabajo liderado por Emma Hart se encuentra en los campos de investigación de Robótica, Computación Evolutiva y Vida Artificial.
El proyecto tendrá un impacto en la investigación y el desarrollo de la robótica evolutiva. Proporcionará la «estrategia de diseño» para una nueva generación de sistemas autónomos y sin duda contribuirá a los avances en computación evolutiva para aplicaciones del mundo real a través de la arquitectura evolutiva híbrida de hardware y software que se desarrollará.
El proyecto proporcionará excelentes modelos robóticos reales y simulados y vías de implementación, que facilitarán las estrategias de sistemas autónomos para una gama de tecnologías y aplicaciones emergentes.
