Robot autonome Robot de simulation d'évolution
Matt Hale/Autonomous Robotic Evolution

“Nous essayons, si vous voulez, d’inventer une toute nouvelle façon de concevoir des robots qui ne nécessite pas que les humains fassent réellement la conception”, a déclaré Alan Winfield. “Nous développons l’équivalent device ou robotic de la sélection artificielle comme le font les agriculteurs depuis non seulement des siècles, mais des millénaires… Ce qui nous intéresse, c’est de reproduire des robots. Je veux dire cela littéralement.”

Winfield, qui travaille sur les logiciels et les systèmes robotiques depuis le début des années 1980, est professeur de robotique cognitive au Bristol Robotics Lab de l’Université de l’Ouest de l’Angleterre (UWE). Il est également l’un des cerveaux du projet Autonomous Robotic Evolution (ARE), un projet pluriannuel mené par l’UWE, l’université de York, l’université Napier d’Édimbourg et l’université d’Amsterdam. Ses créateurs espèrent que ce projet changera la façon dont les robots sont conçus et construits. Et tout cela grâce à une site empruntée à la biologie de l’évolution.

RoboFab en action
Matt Hale/Autonome Robot Evolution

Le thought derrière ARE est, du moins hypothétiquement, uncomplicated. Combien de films de science-fiction avez-vous en tête dans lesquels un groupe d’explorateurs intrépides débarque sur une planète et, malgré toutes leurs tentatives de planification, se retrouve totalement dépourvu confront à ce qu’il rencontre ? C’est la réalité de tous les scénarios inhospitaliers dans lesquels nous pourrions vouloir envoyer des robots, en particulier lorsque ces lieux peuvent se trouver à des dizaines de hundreds of thousands de kilomètres, comme c’est le cas pour l’exploration et l’habitation éventuelle d’autres planètes. Actuellement, les robots tels que les rovers martiens sont construits sur Terre, en fonction de nos attentes quant à ce qu’ils trouveront à leur arrivée. C’est l’approche adoptée par les roboticiens parce que, eh bien, il n’y a pas d’autre alternative achievable.

Mais que se passerait-il s’il était attainable de déployer une sorte d’usine miniature – composée de logiciels spéciaux, d’imprimantes 3D, de bras robotiques et d’autres équipements d’assemblage – able de fabriquer de nouveaux forms de robots personnalisés en fonction des circumstances qu’elle trouve à son atterrissage ? Ces robots pourraient être affinés en fonction des facteurs environnementaux et des tâches qui leur sont confiées. Qui moreover est, en combinant l’évolution du monde réel et l’évolution informatique, les générations successives de ces robots pourraient devenir encore additionally performantes. C’est à cela que travaille l’équipe “Autonomous Robotic Evolution”.

“L’idée est que ce que vous posez sur la planète n’est pas un tas de robots, mais plutôt un tas de RoboFabs”, a déclaré M. Winfield à JournalDeGeek, en faisant référence aux fabricants de robots ARE que lui et son équipe de chercheurs construisent. “Les robots qui sont ensuite produits par les RoboFabs sont littéralement testés dans l’environnement planétaire réel et, très rapidement, vous déterminez ceux qui vont réussir et ceux qui ne le sont pas.”

Matt Hale, un postdoc au Bristol Robotics Lab qui construit le RoboFab et conçoit le processus par lequel il fabrique des robots physiques, a déclaré à JournalDeGeek : “La caractéristique clé pour moi est qu’un robot physique sera créé qui n’a pas été conçu par une personne, mais plutôt automatiquement par l’algorithme évolutionnaire. En outre, le comportement de cet individu dans le monde physique alimentera en retour l’algorithme évolutionnaire, et contribuera ainsi à dicter les robots qui seront produits ensuite.”

Bienvenue dans l’EvoSphère

L’imitation des processus d’évolution par le biais de logiciels est un notion qui a été exploré au moins aussi loin que les années 1940, la même décennie au cours de laquelle l’ENIAC, un colosse de 32 tonnes qui était le leading ordinateur numérique électronique programmable et polyvalent au monde, a été allumé pour la première fois. Dans les dernières années de cette décennie, le mathématicien John von Neumann a suggéré qu’il serait possible de construire une device artificielle able de s’auto-répliquer, c’est-à-dire de créer des copies d’elle-même, qui pourraient ensuite créer d’autres copies.

Le concept de Von Neumann, qui a précédé l’intelligence artificielle de in addition d’une demi-décennie, était révolutionnaire. Il a suscité l’intérêt pour le domaine connu aujourd’hui sous le nom de vie artificielle, ou ALife, une combinaison d’informatique et de biochimie qui tente de simuler la vie naturelle et l’évolution par le biais de simulations informatiques.

Les algorithmes évolutionnaires se sont révélés très prometteurs dans le monde réel. Par exemple, un algorithme génétique créé par Jason Lohn, ancien scientifique de la NASA et ingénieur chez Google, a été utilisé pour concevoir des composants de satellites utilisés lors de missions spatiales réelles de la NASA. “J’étais fasciné par le pouvoir de la sélection naturelle”, m’a confié Lohn pour mon livre Contemplating Machines. Ce qui était choquant à propos du composant satellite de Lohn, qui a été itéré par l’algorithme sur de nombreuses générations, c’est que non seulement il fonctionnait mieux que n’importe quelle conception humaine, mais qu’il était également totalement incompréhensible pour eux. Lohn se souvient que le composant ressemblait à un “trombone plié”.

EvoSphere
EvoSphere

C’est ce qui enthousiasme l’équipe de l’ARE : les robots qui peuvent être créés à l’aide de ce processus évolutif pourraient s’avérer optimisés d’une manière dont aucun créateur humain ne pourrait jamais rêver. “Même lorsque nous connaissons parfaitement l’environnement, l’évolution artificielle peut proposer des answers si nouvelles qu’aucun humain n’y aurait pensé”, a déclaré M. Winfield.

L'”EvoSphere” du projet ARE se compose de deux parties principales. L’aspect logiciel est appelé “Ecosystem Manager”. Winfield explique qu’il est chargé de déterminer “quels robots seront accouplés”. Ce processus d’accouplement fait appel à des algorithmes évolutifs afin d’itérer de nouvelles générations de robots à une vitesse incroyable. Le processus logiciel filtre les robots qui ne sont manifestement pas viables, soit en raison de problèmes de fabrication, soit en raison de défauts de conception évidents, comme un robotic qui apparaît à l’envers. Les “enfants” robots apprennent dans un environnement virtuel contrôlé où la réussite est récompensée. Les in addition performants voient leur code génétique mis à disposition pour la replica.

Les candidats les as well as prometteurs sont transmis à RoboFab pour être construits et testés. Le RoboFab se compose d’une imprimante 3D (une dans le modèle actuel, trois à terme) qui imprime le squelette du robot, avant de le confier au bras du robot pour qu’il y fixe ce que Winfield appelle “les organes”. Il s’agit des roues, des unités centrales, des capteurs de lumière, des servomoteurs et d’autres composants qui ne peuvent pas être facilement imprimés en 3D. Enfin, le bras robotique relie chaque organe au corps principal pour compléter le robot.

Robot autonome Evolution des organes
Matt Hale/Autonomous Robot Evolution

“Je ne vais pas entrer dans les détails, mais il y a un problème avec l’évolution en simulation que nous appelons le fossé de la réalité”, a déclaré Winfield. “Cela signifie que les choses qui évoluent exclusivement en simulation ne fonctionnent généralement pas très bien lorsque vous essayez de les faire fonctionner dans le monde réel. [The reason for that is] parce qu’une simulation est une simplification, c’est une abstraction du monde réel. Vous ne pouvez pas simuler le monde réel avec une fidélité de 100% avec un spending plan informatique limité.”

On a beau essayer, il est difficile de simuler la dynamique réelle du monde réel. Par exemple, une locomotion qui fonctionne en théorie peut ne pas fonctionner dans une réalité désordonnée. Les capteurs peuvent ne pas fournir le sort de lectures propres disponibles dans la simulation, mais plutôt des approximations floues de l’information.

Robot fabriqué par l'ARE
Matt Hale/Autonome Robot Evolution

En combinant le logiciel et le matériel dans une boucle de rétroaction, les chercheurs de l’ARE pensent avoir fait un grand pas vers la résolution de ce problème. Au fur et à mesure que les robots physiques se déplacent, leurs succès et leurs échecs peuvent être transmis au logiciel Ecosystem Manager, ce qui garantit que la prochaine génération de robots sera encore mieux adaptée.

Le risque de réplicateurs par inadvertance

“Le grand espoir est qu’au cours des 12 prochains mois approximativement, nous pourrons appuyer sur le bouton de démarrage et voir l’ensemble du processus se dérouler automatiquement”, a déclaré M. Winfield.

Mais ce ne sera pas dans l’espace. Dans un leading temps, les purposes de cette recherche sont furthermore susceptibles de se concentrer sur des scénarios inhospitaliers sur Terre, comme l’aide au déclassement des centrales nucléaires. M. Hale a déclaré que l’objectif ultime d’un “système entièrement autonome permettant de faire évoluer des robots effectuant une tâche dans le monde réel ne sera pas atteint avant plusieurs décennies”, bien qu’en attendant, certains facets de ce projet – comme l’utilisation d’algorithmes génétiques pour, selon les termes de M. Winfield, “faire évoluer une population hétérogène” de robots – permettront des avancées utiles plus près de chez nous.

Matt Hale/Évolution des robots autonomes

Dans le cadre du projet, l’équipe prévoit de publier ses travaux en open-source, afin que d’autres puissent construire des EvoSpheres s’ils le souhaitent. “Imaginez que c’est l’équivalent d’un accélérateur de particules, sauf qu’au lieu d’étudier les particules élémentaires, nous étudions la coévolution cerveau-corps et tous ses facets”, a déclaré M. Winfield.

En ce qui concerne le calendrier des robots car-réplicateurs dans l’espace, il est possible que ce soit longtemps après sa retraite. Prévoit-il un moment où nous aurons des colonies de robots spatiaux autoreproducteurs ? Oui, avec des réserves. “Le fait que vous envoyiez ce système sur une planète avec une réserve limitée d’électronique, une réserve limitée de capteurs, une réserve limitée de moteurs signifie que la selected ne peut pas s’enfuir parce que ce sont des ressources limitées”, a-t-il déclaré. “Ces ressources vont diminuer parce que les pièces vont tomber en panne au fil du temps, donc dans un sens, vous avez une limite de temps intégrée en raison du fait que ces composants finiront tous par tomber en panne – y compris les RoboFabs eux-mêmes.”

RoboFab en action
Matt Hale/Autonome Robotic Evolution

Il a tenu à préciser cet “facet sécuritaire” du projet, qui existera vraisemblablement tant qu’il ne sera pas achievable pour les robots de récolter des matériaux dans leur environnement et de les utiliser pour imprimer en 3D des composants d’organes critiques.

“La raison pour laquelle nous préférons l’approche qui comporte un élément matériel centralisé est qu’il est facile d’arrêter le processus, de le tuer”, a-t-il déclaré. “Ce que nous ne voulons pas, c’est créer par inadvertance des réplicateurs von Neumann. Ce serait une très mauvaise idée.”

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