Đang tải... (xem toàn văn)
Day Date Imagine a scientist who wants to send a robot to explore in a faraway place, a place whose geography might be completely unknown and perhaps inhospitable Now imagine that instead of first designing that robot and sending it off in the hope that it might be suitable, instead, she sends a robot producing technology that figures out what kind of robot is needed once it arrives, builds it and then enables it to continue to evolve to adapt to its new surroundings Hình dung một nhà khoa học m.
Day Date Imagine a scientist who wants to send a robot to explore in a faraway place, a place whose geography might be completely unknown and perhaps inhospitable Now imagine that instead of first designing that robot and sending it off in the hope that it might be suitable, instead, she sends a robot-producing technology that figures out what kind of robot is needed once it arrives, builds it and then enables it to continue to evolve to adapt to its new surroundings Hình dung nhà khoa học muốn gửi người máy tới nơi xa xôi, nơi mà bề mặt địa lý hoàn toàn chưa biết đến người trú ngụ Và thay thiết kế người máy gửi với hy vọng thích nghi, gửi công nghệ sản xuất người máy công nghệ biết kiểu người máy phù hợp, chế tạo cho phép chúng tiến hóa để thích nghi với mơi trường xung quanh It’s exactly what my collaborators and I are working on: a radical new technology which enables robots to be created, reproduce and evolve over long periods of time, a technology where robot design and fabrication becomes a task for machines rather than humans Đó xác điều mà tơi cộng nghiên cứu: cơng nghệ hồn tồn cho phép người máy chế tạo, nhân tiến hóa theo thời gian, công nghệ giúp việc thiết kế chế tạo người máy trở thành công việc máy móc thay cho người Robots are already all around us, in factories, in hospitals, in our home But from an engineer's perspective, designing a shelf-stacking robot or a Roomba to clean our home is relatively straightforward We know exactly what they need to do, and we can imagine the kind of situations they might find themselves in So we design with this in mind But what if we want to send that robot to operate in a place that we have little or even no knowledge about? For example, cleaning up legacy waste inside a nuclear reactor where it's unsafe to send humans, mining for minerals deep in a trench at the bottom of the ocean, or exploring a faraway asteroid How frustrating would it be if the human-designed robot, that had taken years to get to the asteroid suddenly found it needed to drill a hole to collect a sample or clamber up a cliff but it didn't have the right tools or the right means of locomotion to so? If instead we had a technology that enabled the robots to be designed and optimized in situ, in the environment in which they need to live and work, then we could potentially save years of wasted effort and produce robots that are uniquely adapted to the environments that they find themselves in Người máy xuất xung quanh chúng ta, nhà máy, bệnh viện hay nhà Nhưng từ khía cạnh kĩ thuật, việc thiết kế người máy xếp đồ hay máy hút bụi Roomba đơn giản Chúng ta biết xác chúng cần làm, mường tượng cách mà chúng hoạt động Vì ý tưởng Nhưng gửi người máy vận hành nơi mà hiểu biết chí khơng biết gì? Ví dụ, việc dọn dẹp chất thải tàn dư bên lị phản ứng hạt nhân cơng việc nguy hiểm, khai thác khoáng chất rãnh sâu bên lòng đại dương hay thám hiểm tiểu hành tinh xa xơi Sẽ nản lịng người máy thiết kế người, phải tới hàng năm để tới tiểu hành tinh, thực khoan để lấy mẫu vật hay leo lên vách đá khơng có dụng cụ phù hợp, phù hợp tức vận động? Nếu có tay công nghệ mà cho phép người máy thiết kế tối ưu chỗ, mơi trường mà chúng cần tồn làm việc, tiết kiệm cơng sức hàng năm trời để sản xuất người máy mà thích nghi môi trường So to realize this technology, we've been turning to nature for help All around us, we see examples of biological species that have evolved smart adaptations that enable them to thrive in a given environment For example, in the Cuban rainforest, we find vines that have evolved leaves that are shaped like human-designed satellite dishes These leaves direct bats to their flowers by amplifying the signals that the bats send out, therefore, improving pollination What if we could create an artificial version of evolution that would enable robots to evolve in a similar manner as biological organisms? Để hiểu rõ công nghệ này, nhờ thiên nhiên giúp đỡ Xung quanh ta, lồi sinh vật tiến hóa thơng minh để thích nghi cho phép chúng sinh trưởng mơi trường sẵn có Ví dụ như, rừng nhiệt đới Cuba, nho có phát triển với hình dạng loại đĩa vệ tinh người chế tạo Những thu hút lồi dơi nhờ khuyết đại tín hiệu mà lồi dơi gửi đi, từ đó, cải thiện việc thụ phấn Sẽ tạo phiên nhân tạo tiến hóa mà cho phép người máy thích nghi sinh thể sống? I'm not talking about biomimicry, a technology which simply copies what's observed in nature What we're hoping to harness is the creativity of evolution, to discover designs that are not observed here on Earth, the human engineer might not have thought of or even be capable of conceiving In theory, this evolutionary design technology could operate completely autonomously in a faraway place But equally it could be guided by humans Just as we breed plants for qualities such as drought resistance or taste, the human robot breeder could guide artificial evolution to producing robots with specific qualities For example, the ability to squeeze through a narrow gap or perhaps operate at low energy Ý thiết kế sinh học, công nghệ nhân thứ mà ta quan sát từ thiên nhiên Mà ý tưởng cầm nắm sáng tạo nhờ tiến hóa, để khám phá điều chưa có Trái Đất, mà kỹ sư chưa thể hình dung hay chí khơng thể hiểu Về lý thuyết, cơng nghệ thiết kế tiến hóa vận hành hồn tồn tự động nơi xa xơi Nhưng dẫn người Như việc nhân giống với tiêu chuẩn chống hạn hay mùi hương, người gây giống cho người máy định hướng tiến hóa tạo người máy với phẩm chất cụ thể Ví dụ như, khả thu nhỏ qua khoảng cách hẹp vận hành lượng mức thấp This idea of artificial evolution imitating biological evolution using a computer program to breed better and better solutions to problems over time isn't actually new In fact, artificial evolution, algorithms operating inside a computer, have been used to design everything from tables to turbine blades Back in 2006, NASA even sent a satellite into space with a communication antenna that had been designed by artificial evolution Ý tưởng tiến hóa nhân tạo mơ tiến hóa sinh học thơng qua phần mềm máy tính để gây giống tốt với cải tiến giải vấn đề theo thời gian thực khơng Thực tế, nói tiến hóa nhân tạo, thuật tốn vận hành bên máy tính, sử dụng để thiết kế thứ từ bàn ghế tới cánh quạt tua-bin Năm 2006, NASA gửi vệ tinh vào khơng gian có ăng-ten liên lạc mà thiết kế nhờ tiến hóa nhân tạo But evolving robots is actually much harder than evolving passive objects such as tables, because robots need brains as well as bodies in order to make sense of the information in the world around them and translate that into appropriate behaviors So how we it? Surprisingly, evolution only needs three ingredients: a population of individuals which exhibit some physical variations; a method of reproduction in which offspring inherit some traits from their parents and occasionally acquire new ones via mutation; and finally, a means of natural selection So we can replicate these three ingredients to evolve robots using a mixture of hardware and software The first task is to design a digital version of DNA That is a digital blueprint that describes the robot's brain, its body, its sensory mechanisms and its means of locomotion Using a randomly generated set of these blueprints, we can create an initial population of 10 or more robots to kickstart this evolutionary process We've designed a technology that can take the digital blueprint and turn it into a physical robot without any need for human assistance For example, it uses a 3D printer to print the skeleton of the robot and then an automated assembly arm like you might find in a factory to add any electronics and moving parts, including a small computer that acts as a brain And to enable this brain to adapt to the new body of the robot, we send every robot produced to an equivalent of a kindergarten, a place where the newborn robot can refine its motor skills almost like a small child would To mimic natural selection, we score these robots on the ability to conduct a task And then we use these scores to selectively decide which robots get to reproduce The reproduction mechanism mixes the digital DNA of the chosen parent robots to create a new blueprint for a child robot that inherits some of the characteristics from its parents but occasionally also exhibits some new ones And by repeating the cycle of selection and reproduction over and over again, we hope that we can breed successive generations of robots where, just like is often observed in biological evolution, each generation gets better than the last, with the robots gradually optimizing their form and their behavior to the task and the environment that they find themselves in Nhưng việc tiến hóa người máy khó nhiều so với việc phát triển vật thể thụ động bàn ghế, người máy cần não thể để xử lý thông tin từ môi trường xung quanh từ đưa hành vi phù hợp Vậy làm được? Sẽ ngạc nhiên, tiến hóa cần tới ba thành phần bản: tập hợp vật thể riêng lẻ mà tạo biến thể vật lý; phương thức nhân cho phép kế thừa đặc tính từ người máy hệ trước đơi lúc thu nạp đặc tính thơng qua đột biến; cuối cùng, công cụ chọn lọc tự nhiên Và nhân thành phần để tiến hóa người máy phối hợp phần cứng phần mềm Đầu tiên, cần thiết kế phiên DNA số Đó thiết kế mà mô tả não, thể người máy, chế giác quan phương thức vận động Từ việc sử dụng ngẫu nhiên thiết kế này, tạo tập hợp khởi đầu với 10 hay nhiều người máy để bắt đầu q trình tiến hóa Chúng ta thiết kế cơng nghệ mà nhận vào thiết kế số từ chế tạo người máy vật lý mà khơng cần người can thiệp Ví dụ, sử dụng máy in 3D tạo khung xương cho người máy cánh tay lắp ráp tự động nhà máy để bổ sung linh kiện phận chuyển động, máy tính nhỏ đóng vai trị não Để cho phép não thích nghi với thể người máy, đưa chúng tới nơi giống nhà trẻ, nơi người máy sơ sinh cải thiện kỹ máy móc giống đứa trẻ Để bắt trước chọn lọc tự nhiên, đánh giá người máy dựa khả tiến hành công việc Và sử dụng đánh giá để đưa khả lựa chọn mà người máy nhân Một chế nhân pha trộn với DNA số từ hệ người máy cha mẹ tạo thiết kế cho hệ người máy mà kế thừa đặc tính từ hệ trước đơi lúc biểu đặc tính Và việc lặp lại nhiều lần chu kỳ chọn lọc trình nhân bản, hy vọng nhân giống hệ kế tiếp, thường thấy tiến hóa sinh học, hệ cải tiến hệ trước, người máy tối ưu hình thức hành vi nhiệm vụ môi trường mà chúng tiếp xúc Now, although this can all take place in a time frame that's much faster than biological evolution, which sometimes takes thousands of years, it's still relatively slow in terms of the time frames we might expect in our modern world to design and produce an artifact It's mainly due to the 3D printing process, which can take more than four hours per robot, depending on the complexity and the shape of the robot But we can give our artificial evolutionary process a helping hand to reduce the number of physical robots that we actually need to make We create a digital copy of every robot produced inside a simulation in a computer, and we allow this virtual population of robots to evolve Now it's quite likely that the simulation isn't a very accurate representation of the real world But it has an advantage that it enables models of robots to be created and tested in seconds rather than hours So using the simulator technology, we can quickly explore the potential of a wide range of robot types of different shapes and sizes, of different sensory configurations, and quickly get a rough estimate of how useful each robot may be before we physically make it And we predict that by allowing a novel form of breeding in which a physical robot can breed with one of its virtual cousins, then the useful traits that have been discovered in simulation will quickly spread into the physical robot population, where they can be further refined in situ Giờ đây, thứ diễn khung thời gian nhanh so với tiến hóa sinh học, thứ mà đơi sảy tự nhiên cần tới hàng ngàn năm, tương đối chậm so với mong đợi người vào giới thiết kế sản xuất nhân tạo Chủ yếu dựa vào trình in 3D, vài để tạo người máy, tùy thuộc vào độ phức tạp hình dạng Nhưng can thiệp q trình tiến hóa nhân tạo giúp giảm số lượng người máy vật lý thực cần chế tạo Chúng ta tạo kĩ thuật số người máy nhờ mơ máy tính, cho phép tổ hợp người máy ảo tiến hóa Khả cao mô không mang lại thể xác so với giới thực Nhưng lợi cho phép người máy phác thảo kiểm thử vài giây Vì vậy, việc sử dụng cơng nghệ mơ phỏng, nhanh chóng khám phá nhiều kiểu người máy tiềm năng, khác biệt hình dáng kích thước, hay thiết lập giác quan khác nhau, đưa nhanh đánh giá sơ lược mức độ hữu ích người máy trước vào chế tạo Và dự đốn việc cho phép hình thức gây giống lạ mà người máy vật lý lai tạo với người họ hàng ảo chúng, đặc điểm hữu ích khám phá qua mơ nhanh chóng lan rộng quần thể người máy vật lý, nơi mà chúng cải tiến chỗ It might sound like science fiction, but actually there's a serious point While we expect the technology that I've just described to be useful in designing robots, for example, to work in situations where it's unsafe to send humans or to help us pursue our scientific quest for exoplanetary exploration, there are some more pragmatic reasons why we should consider artificial evolution As climate change gathers pace, it is clear that we need a radical rethink to our approach to robotic design here on Earth in order to reduce that ecological footprint For example, creating new designs of robot built from sustainable materials that operate at low energy, that are repairable and recyclable It's quite likely that this new generation of robots won't look anything like the robots that we see around us today, but that's exactly why artificial evolution might help Discovering novel designs by processes that are unfettered by the constraints that our own understanding of engineering science imposes on the design process Nghe giống khoa học viễn tưởng, vấn đề thực nghiêm túc Khi mong đợi công nghệ mà vừa mô tả hữu ích cho việc thiết kế người máy, ví như, làm việc mơi trường khơng an tồn người hay giúp theo đuổi ước muốn khám phá vũ trụ, ln có lý thực tế quan tâm đến tiến hóa nhân tạo Khi mà biến đổi khí hậu diễn nhanh chóng, rõ ràng cần cân nhắc cách tiếp cận thiết kế người máy hành tinh nhằm giảm thiểu ảnh hưởng sinh thái Ví dụ như, tạo thiết kế cho người máy chế tạo từ vật liệu bền vững mà cần lượng để vận hành, sửa chữa tái chế Rất hệ người máy không giống với thứ người máy mà thấy ngày nay, chắn lý mà tiến hóa nhân tạo có ích Việc khám phá thiết kế lạ thông qua q trình giải phóng ràng buộc hiểu biết khoa học kỹ thuật mà ảnh hưởng lên trình thiết kế ... each generation gets better than the last, with the robots gradually optimizing their form and their behavior to the task and the environment that they find themselves in Nhưng việc tiến hóa... score these robots on the ability to conduct a task And then we use these scores to selectively decide which robots get to reproduce The reproduction mechanism mixes the digital DNA of the chosen... are shaped like human-designed satellite dishes These leaves direct bats to their flowers by amplifying the signals that the bats send out, therefore, improving pollination What if we could create