Первый ИИ, способный разумно проектировать новых роботов, которые работают в реальном мире.
Команда, возглавляемая исследователями Северо-Западного университета, разработала первый на сегодняшний день искусственный интеллект (ИИ), который может разумно проектировать роботов с нуля.
Чтобы протестировать новый ИИ, исследователи дали системе простую подсказку: спроектируйте робота, который сможет ходить по плоской поверхности. Хотя природе потребовались миллиарды лет, чтобы создать первый шагающий вид, новый алгоритм сжал эволюцию до молниеносной скорости — создание успешного шагающего робота заняло всего несколько секунд.
Но программа ИИ не просто быстрая. Он также работает на легком персональном компьютере и проектирует совершенно новые конструкции с нуля. Это резко контрастирует с другими системами искусственного интеллекта, которым часто требуются энергоемкие суперкомпьютеры и колоссально большие наборы данных. И даже после обработки всех этих данных эти системы привязаны к ограничениям человеческого творчества — они лишь имитируют прошлые работы людей, не имея возможности генерировать новые идеи.
«Мы обнаружили очень быстрый алгоритм проектирования, управляемый искусственным интеллектом, который обходит пробки эволюции, не прибегая к предвзятости дизайнеров-людей», — сказал Сэм Кригман из Northwestern, возглавлявший работу. «Мы сказали ИИ, что нам нужен робот, который мог бы ходить по земле. Затем мы просто нажали кнопку и вуаля! Он в мгновение ока создал чертеж робота, который не похож ни на одно животное, когда-либо ходившее по земле. Я называю этот процесс «мгновенной эволюцией».
Кригман — доцент кафедры информатики, машиностроения, химической и биологической инженерии в инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета, где он является членом Центра робототехники и биосистем. Дэвид Мэтьюз, учёный из лаборатории Кригмана, является первым автором статьи. Кригман и Мэтьюз в течение нескольких лет тесно сотрудничали с соавторами Эндрю Спилбергом и Даниэлой Рус (Массачусетский технологический институт) и Джошем Бонгардом (Университет Вермонта) перед своим прорывным открытием.
От ксеноботов к новым организмам
В начале 2020 года Кригман привлек широкое внимание средств массовой информации за разработку ксеноботов, первых живых роботов, полностью состоящих из биологических клеток. Теперь Кригман и его команда рассматривают свой новый ИИ как следующий шаг в их стремлении изучить потенциал искусственной жизни. Сам робот скромный — маленький, мягкий и уродливый. И на данный момент он сделан из неорганических материалов. Но Кригман говорит, что это представляет собой первый шаг в новую эру инструментов, разработанных ИИ, которые, как животные, могут напрямую воздействовать на мир.
«Когда люди смотрят на этого робота, они могут увидеть бесполезный гаджет», — сказал Кригман. «Я вижу рождение совершенно нового организма».
От нуля до ходьбы за считанные секунды
Хотя программа искусственного интеллекта может начаться с любой подсказки, Кригман и его команда начали с простого запроса на разработку физической машины, способной ходить по земле.
Компьютер стартовал с блока размером с кусок мыла. Он мог покачиваться, но определенно не мог ходить. Зная, что цель еще не достигнута, ИИ быстро переработал дизайн. На каждой итерации ИИ оценивал свою конструкцию, выявлял недостатки и сокращал объем моделируемого блока, чтобы обновить его структуру. В конце концов, смоделированный робот сможет подпрыгивать на месте, затем прыгать вперед и затем шаркать ногами. Наконец, всего за девять попыток удалось создать робота, который мог проходить половину длины своего тела в секунду — примерно половину скорости среднего человеческого шага.
Весь процесс проектирования — от бесформенного блока с нулевым движением до полноценного шагающего робота — занял на ноутбуке всего 26 секунд.
«Теперь каждый может наблюдать за эволюцией в действии, поскольку ИИ создает все более совершенные тела роботов в режиме реального времени», — сказал Кригман. «Раньше для развития роботов требовались недели проб и ошибок на суперкомпьютере, и, конечно, прежде чем какие-либо животные смогли бегать, плавать или летать по нашему миру, прошли миллиарды и миллиарды лет проб и ошибок. Это потому, что у эволюции нет предвидения. Она не может заглянуть в будущее и узнать, будет ли конкретная мутация полезной или катастрофической. Мы нашли способ снять эту повязку с глаз, тем самым сжимая миллиарды лет эволюции в одно мгновение».
Новое открытие ног
Сам по себе ИИ неожиданно придумал то же решение для ходьбы, что и природа: ноги. Но в отличие от явно симметричных замыслов природы, ИИ применил другой подход. Получившийся робот имеет три ноги, плавники вдоль спины, плоское лицо и пронизан отверстиями.
«Это интересно, потому что мы не сказали ИИ, что у робота должны быть ноги», — сказал Кригман. «Он заново открыл для себя, что ноги — хороший способ передвижения по суше. Передвижение на ногах, по сути, является наиболее эффективной формой наземного передвижения».
Чтобы проверить, сможет ли смоделированный робот работать в реальной жизни, Кригман и его команда использовали в качестве образца робота, созданного искусственным интеллектом. Сначала они напечатали в 3D слепок негативного пространства вокруг тела робота. Затем они залили форму жидким силиконовым каучуком и оставили на пару часов. Когда команда вытащила затвердевший силикон из формы, он оказался мягким и гибким.
Теперь пришло время посмотреть, сохранилось ли смоделированное поведение робота — ходьба — в физическом мире. Исследователи наполнили резиновый корпус робота воздухом, заставив его три ноги расшириться. Когда воздух выходил из тела робота, ноги сжимались. Постоянно накачивая воздух в робота, он неоднократно расширялся, а затем сжимался, вызывая медленное, но устойчивое движение.
Незнакомый дизайн
Хотя эволюция ног имеет смысл, отверстия являются любопытным дополнением. ИИ пробил отверстия по всему телу робота в, казалось бы, случайных местах. Кригман предполагает, что пористость снижает вес и повышает гибкость, позволяя роботу сгибать ноги при ходьбе.
«На самом деле мы не знаем, что делают эти дыры, но мы знаем, что они важны», — сказал он. «Потому что, когда мы их уберем, робот либо больше не сможет ходить».
Потенциальные будущие приложения
Хотя первый робот ИИ может делать лишь немного больше, чем двигаться вперед, Кригман представляет себе целый мир возможностей для инструментов, созданных с помощью той же программы. Когда-нибудь подобные роботы смогут перемещаться по обломкам рухнувшего здания, следуя тепловым и вибрационным сигнатурам, для поиска застрявших людей и животных, или они смогут перемещаться по канализационным системам для диагностики проблем, прочистки труб и устранения повреждений. ИИ также сможет создавать нанороботов, которые будут проникать в человеческое тело и управлять кровотоком, очищая артерии, диагностируя болезни или убивая раковые клетки.
«Единственное, что мешает нам использовать эти новые инструменты и методы лечения, — это то, что мы понятия не имеем, как их разрабатывать», — сказал Кригман. «К счастью для нас, у ИИ есть свои собственные идеи».