Stiamo insegnando ai robot ad evolversi autonomamente in modo che possano adattarsi alla vita in solitudine su pianeti lontani
È stato suggerito che un gruppo avanzato di robot sarà necessario se gli esseri umani dovranno mai stabilirsi su altri pianeti. Inviati in anticipo per creare condizioni favorevoli al genere umano, questi robot dovranno essere resistenti, adattabili e riciclabili se vogliono sopravvivere nei climi cosmici inospitali che li attendono.
Collaborando con robotisti e informatici, io e il mio team abbiamo lavorato su una serie di robot di questo tipo. Prodotti tramite stampante 3D – e assemblati autonomamente – i robot che stiamo creando si evolvono continuamente per ottimizzare rapidamente le condizioni in cui si trovano.
Il nostro lavoro rappresenta l’ultimo progresso verso il tipo di ecosistemi robotici autonomi che potrebbero aiutare a costruire le future case dell’umanità, lontano dalla Terra e lontano dalla supervisione umana.
Robot in ascesa
I robot hanno fatto molta strada dalle nostre prime maldestre incursioni nel movimento artificiale di molti decenni fa. Oggi, aziende come Boston Dynamics producono robot ultra-efficienti che caricano camion, costruiscono pallet e spostano scatole nelle fabbriche, svolgendo compiti che si potrebbe pensare che solo gli umani possano eseguire.
È stato suggerito che un gruppo avanzato di robot sarà necessario se gli esseri umani dovranno mai stabilirsi su altri pianeti. Inviati in anticipo per creare condizioni favorevoli al genere umano, questi robot dovranno essere resistenti, adattabili e riciclabili se vogliono sopravvivere nei climi cosmici inospitali che li attendono.
Collaborando con robotisti e informatici, io e il mio team abbiamo lavorato su una serie di robot di questo tipo. Prodotti tramite stampante 3D – e assemblati autonomamente – i robot che stiamo creando si evolvono continuamente per ottimizzare rapidamente le condizioni in cui si trovano.
Il nostro lavoro rappresenta l’ultimo progresso verso il tipo di ecosistemi robotici autonomi che potrebbero aiutare a costruire le future case dell’umanità, lontano dalla Terra e lontano dalla supervisione umana.
Robot in ascesa
I robot hanno fatto molta strada dalle nostre prime maldestre incursioni nel movimento artificiale di molti decenni fa. Oggi, aziende come Boston Dynamics producono robot ultra-efficienti che caricano camion, costruiscono pallet e spostano scatole nelle fabbriche, svolgendo compiti che si potrebbe pensare che solo gli umani possano eseguire.
Nonostante questi progressi, progettare robot per lavorare in ambienti sconosciuti o inospitali – come esopianeti o fosse oceaniche profonde – rappresenta ancora una sfida considerevole per scienziati e ingegneri. Nel cosmo, che forma e dimensione dovrebbe avere il robot ideale? Dovrebbe strisciare o camminare? Di quali strumenti avrà bisogno per manipolare il suo ambiente – e come sopravviverà agli estremi di pressione, temperatura e corrosione chimica?
Un rompicapo impossibile per gli umani, la natura ha già risolto questo problema. L’evoluzione darwiniana ha portato a milioni di specie perfettamente adattate al loro ambiente. Anche se l’evoluzione biologica richiede milioni di anni, l‘evoluzione artificiale – modellando i processi evolutivi all’interno di un computer – può avvenire in ore, o addirittura minuti. Gli scienziati informatici hanno sfruttato il suo potere per decenni, ottenendo, per esempio, ugelli di gas o antenne satellitari che sono idealmente adatti alla loro funzione.
Ma l’attuale evoluzione artificiale di oggetti fisici in movimento richiede ancora una grande quantità di supervisione umana, che richiede uno stretto ciclo di feedback tra robot e uomo. Se l’evoluzione artificiale deve progettare un robot utile per l’esplorazione esoplanetaria, dovremo rimuovere l’uomo dal ciclo. In sostanza, i progetti di robot evoluti devono produrre, assemblare e testare se stessi autonomamente – slegati dalla supervisione umana.
Selezione innaturale
Tutti i robot evoluti dovranno essere in grado di percepire il loro ambiente e avere diversi mezzi per muoversi – per esempio usando ruote, gambe snodate o anche un misto dei due. E per affrontare l’inevitabile divario di realtà che si verifica quando si trasferisce un progetto dal software all’hardware, è anche auspicabile che almeno una parte dell’evoluzione avvenga in hardware – all’interno di un ecosistema di robot che si evolvono in tempo reale e nello spazio reale.
Il progetto Autonomous Robot Evolution (ARE) affronta esattamente questo, riunendo scienziati e ingegneri di quattro università in un ambizioso progetto quadriennale per sviluppare questa nuova tecnologia radicale.
Come illustrato sopra, i robot saranno “nati” attraverso l’uso della produzione 3D. Usiamo un nuovo tipo di architettura evolutiva ibrida hardware-software per la progettazione. Ciò significa che ogni robot fisico ha un clone digitale. I robot fisici sono testati in ambienti del mondo reale, mentre i loro cloni digitali entrano in un programma software, dove subiscono una rapida evoluzione simulata. Questo sistema ibrido introduce un nuovo tipo di evoluzione: nuove generazioni possono essere prodotte dall’unione dei tratti di maggior successo di una “madre” virtuale e di un “padre” fisico.
Oltre ad essere resi nel nostro simulatore, i robot “bambini” prodotti attraverso la nostra evoluzione ibrida sono anche stampati in 3D e introdotti in un ambiente reale, simile ad un asilo nido. Gli individui di maggior successo all’interno di questo centro di formazione fisica rendono il loro “codice genetico” disponibile per la riproduzione e per il miglioramento delle generazioni future, mentre i robot meno “in forma” possono semplicemente essere tirati via e riciclati in nuovi robot come parte di un ciclo evolutivo continuo.
Dopo due anni di progetto, sono stati fatti progressi significativi. Da una prospettiva scientifica, abbiamo progettato nuovi algoritmi evolutivi artificiali che hanno prodotto una serie diversificata di robot che guidano o strisciano, e possono imparare a navigare attraverso labirinti complessi. Questi algoritmi evolvono sia il piano del corpo che il cervello del robot.
Il cervello contiene un controller che determina come il robot si muove, interpretando le informazioni sensoriali dall’ambiente e traducendole in comandi motori. Una volta che il robot è costruito, un algoritmo di apprendimento perfeziona rapidamente il cervello del bambino per tenere conto di qualsiasi potenziale disadattamento tra il suo nuovo corpo e il suo cervello ereditato.
Da un punto di vista ingegneristico, abbiamo progettato il “RoboFab” per automatizzare completamente la produzione. Questo braccio robotico attacca fili, sensori e altri “organi” scelti dall’evoluzione al telaio stampato in 3D del robot. Abbiamo progettato questi componenti per facilitare un rapido assemblaggio, dando al RoboFab l’accesso a una grande cassetta degli attrezzi di arti e organi robotici.
Smaltimento dei rifiuti
Il primo grande caso d’uso che abbiamo intenzione di affrontare è l’impiego di questa tecnologia per progettare robot per intraprendere la pulizia delle scorie ereditate da un reattore nucleare – come quello visto nella miniserie televisiva Chernobyl. Usare gli esseri umani per questo compito è pericoloso e costoso, e le soluzioni robotiche necessarie devono ancora essere sviluppate.
Guardando avanti, la visione a lungo termine è quella di sviluppare la tecnologia a sufficienza per consentire l’evoluzione di interi ecosistemi robotici autonomi che vivono e lavorano per lunghi periodi in ambienti difficili e dinamici senza la necessità di una supervisione umana diretta.
In questo nuovo paradigma radicale, i robot sono concepiti e nascono, piuttosto che progettati e fabbricati. Tali robot cambieranno fondamentalmente il concetto di macchina, mostrando una nuova razza che può cambiare forma e comportamento nel tempo – proprio come noi.
