Roboții modulari, construiți cu o capacitate uimitoare de extindere, știu exact când sunt cu susul în jos sau blocați și sunt gata să cucerească orice tip de teren. Practic, cercetătorii tocmai au dat viață unor roboți alimentați de inteligența artificială (IA) care pot naviga complet autonom, pe absolut orice suprafață, și care continuă să meargă chiar și atunci când sunt grav avariați. Printr-un algoritm evolutiv care simulează milioane de ani de selecție naturală în doar câteva secunde, o echipă de la Universitatea Northwestern a reușit să proiecteze roboți modulari ghidați de inteligența artificială, capabili să-și reconfigureze corpul pentru a supraviețui.
Făcând cunoștință cu așa-numitele „metamașini cu picioare”, ne uităm la niște creații cu un aspect de-a dreptul bizar. Cu toate acestea, creatorii lor subliniază că aceste mașinării ne pot oferi indicii prețioase despre evoluția umană și animală, deschizând totodată o cale revoluționară pentru ca roboții viitorului să depășească limitările de mobilitate. Această abordare elimină vulnerabilitatea roboților tradiționali: în loc să devină inutilă la prima defecțiune, o astfel de mașinărie își recalculează imediat centrul de greutate și modul de locomoție pentru a-și continua misiunea.
Inovația face parte dintr-un proiect ambițios al Universității Northwestern, al cărui scop a fost crearea unor roboți dotați cu „inteligență atletică” — acea capacitate critică de a se adapta la schimbările de teren direct din mers.
Într-o declarație oficială, acești roboți au fost descriși ca fiind o combinație modulară de blocuri de construcție „asemănătoare cu Lego”. Fiecare piesă individuală este formată dintr-o pereche de picioare cu o lungime de un metru (3 picioare), unite inteligent de o sferă centrală articulată. Detaliile fascinante despre arhitectura lor au fost publicate de oamenii de știință pe 6 martie, în prestigioasa revistă PNAS.
Autorul principal al studiului, Sam Kriegman, profesor asistent de informatică și inginerie chimică, mecanică și biologică la Northwestern, a explicat conceptul biologic din spatele designului:
„În interiorul sferei, robotul are tot ce-i trebuie pentru a supraviețui: un «sistem nervos», un «metabolism» și «mușchi»”, a declarat Kriegman. „Prin asta mă refer la o placă de circuit, o baterie și un motor. Modulele sunt simple din punct de vedere mecanic. Se pot roti doar în jurul unei singure axe, dar sunt surprinzător de atletice și inteligente.”
Ce sunt metamașinile și cum funcționează acești roboți modulari?
Spre deosebire de un robot clasic, care are o formă fixă, un robot modular funcționează ca un organism format din celule independente. Natura modulară absolută a roboților permite atașarea mai multor piese sau „membre” la o singură unitate. Acest lucru îi modifică radical forma și mișcarea, dar fără să-i inhibe vreo secundă capacitatea de a înainta pe un teren complet nestructurat.
Spre deosebire de majoritatea celorlalți roboți mobili pe care îi cunoaștem, care au structuri rigide și se limitează la designurile familiare cu două și patru picioare, aceste metamașini sparg tiparele și permit un număr mult mai mare de configurații posibile. Conform studiului, această abordare ingenioasă ar putea permite cercetătorilor să creeze și să studieze diverse forme mobile, determinându-ne să reexaminăm noțiunile pe care le avem despre evoluția locomoției în sine.
În timpul experimentelor practice, metamașinile au demonstrat deja moduri de deplasare uluitoare, similare cu cele ale cangurilor care sar sau ale focilor care se unduiesc. Și deși o astfel de combinație de membre poate părea ciudată la prima vedere, roboții dau dovadă de o abilitate absolut impresionantă de a se redresa singuri atunci când întâmpină dificultăți, chiar și atunci când ajung complet răsturnați. Pe lângă această flexibilitate, pot sări peste obstacole și sunt capabili chiar să execute acrobații în aer.
Simularea evoluției naturale prin inteligența artificială
Toate aceste capacități de necrezut nu ar fi posibile fără ajutorul unei inteligențe artificiale puternice dezvoltate de echipă, care simulează la nivel digital un algoritm evolutiv bazat pe selecția naturală.
La început, procesul a constat într-o simulare bazată exclusiv pe software, limitată la operațiuni în cadrul unui program de calculator. Misiunea setată pentru IA a fost să creeze configurații corporale complet noi pornind de la piesele modulare ale robotului, scopul final fiind crearea celor mai eficiente combinații pentru traversarea diferitelor tipuri de teren.
După ce IA a supus proiectele la teste riguroase într-un mediu virtual, eliminându-le fără milă pe cele pe care le-a considerat nepotrivite, echipa de cercetători a trecut la asamblarea fizică. Au construit cele mai bune modele cu trei, patru și cinci picioare pe care inteligența artificială le-a dezvoltat. Odată lansate, mașinăriile au reușit să traverseze terenuri dificile, acoperite de pietriș, iarbă, rădăcini de copaci, frunze, nisip, noroi și cărămizi inegale, totul fără nicio întrerupere sau intervenție umană.
Totuși, probabil cea mai impresionantă piesă din puzzle-ul metamașinilor a fost capacitatea de reziliență: modul în care roboții s-au adaptat atunci când erau avariați. Echipa a rulat o serie de simulări extreme în care diverse configurații sufereau rupturi sau își pierdeau cu totul membre întregi. În mod uimitor, modulele rămase se adaptau pe loc pentru a găsi o cale să continue să se miște.
Prin comprimarea a miliarde de ani de evoluție biologică lentă în doar câteva secunde de procesare informatică, proiectarea roboticii poate face salturi uriașe, progresând rapid dincolo de configurațiile tradiționale, a subliniat Kriegman.
„Evoluția poate dezvălui noi modele care sunt diferite sau chiar dincolo de ceea ce oamenii erau capabili să-și imagineze anterior”, a spus Kriegman. „Așadar, am vrut cu adevărat să studiem cum și de ce funcționează. Cel mai bun mod — sau cel puțin cel mai distractiv mod — este de a evolua structuri în condiții realiste.”
În esență, inteligența artificială nu doar că a proiectat acești roboți modulari, ci a demonstrat că principiile selecției naturale pot fi traduse în cod digital pentru a crea tehnologii mai rezistente, pregătite pentru medii imprevizibile.
