Vědci z organizace CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) ve spolupráci s QUT (Queensland University of Technology) představili nové řešení pro automatické navrhování fyzické struktury robotů, kteří se budou muset přizpůsobovat různým podmínkám a problémům. Systém kombinuje efektivitu simulace v počítači a rychlý 3D tisk, díky čemuž lze velmi rychle přizpůsobovat struktura robota.
V případě naší části evoluce je přizpůsobení tvaru organismů dle daných podmínek běžnou součástí přežití. Problém ale je, že u „živých“ organismů evoluční kroky trvají třeba i miliony let, což znamená potenciální nebezpečí kvůli možnosti vymření z důvodu rychlé změny podmínek. Vědci si tedy vzali příklad z evoluce, ale snažili se vše vymyslet tak, aby roboti mohli evoluci uskutečnit během pár okamžiků.
Přizpůsobitelná fyzická konstrukce
Robot se skládá ze softwaru a hardwaru. Zatímco u softwaru už jsme zvyklí, že je možné jednoduše vylepšovat a aktualizovat „mozek“ robota, který je tvořen počítačem, s hardwarem je to o něco složitější.
Evoluce v softwaru je rychlá a jednoduchá, protože zabere málo energie a hmoty. S fyzickou konstrukcí je to ale naopak – musí se obvykle dlouho navrhovat a poté draze vyrábět.
A to je důvod, proč si vědci vybrali kombinaci simulace v počítači a 3D tisk. Kdyby bylo nutné při navrhování vyrábět každý testovaný kus, vyšlo by to hodně draho a bylo by to pomalé. Místo toho testování konstrukce probíhá v počítači, přičemž vše je automatické.
Pomocí umělé inteligence a evolučních algoritmů si tak program sám navrhne, jak má vypadat ideální fyzická konstrukce například u nohy malého robota, na kterém se vše zkoušelo. Vědci tak například pouze zadali, jakou strukturu má materiál, po kterém se bude muset robot přesouvat. V rámci rychlé simulace evoluce se vyzkoušelo obrovské množství konstrukcí, což poté vedlo k finální nejoptimálnější konstrukci, která byla zjištěná v daném omezeném čase.
Podobně jako u organismů, i v tomto případě se za nejefektivnější považuje to, kolik energie je potřeba pro přesun v daných podmínkách, což souvisí i s množstvím hmoty, která je k tomu potřebná.
Připraveno pro 3D tisk
Automatický systém vytváří konstrukci tak, aby efektivní model bylo možné rovnou vytisknout na 3D tiskárně. Díky tomu se může robot velmi rychle a snadno „vylepšit“ nebo naopak změnit, pokud nastane změna podmínek, ve kterých se nachází.
Vědci tento systém testovali na jednoduchém příkladu hexapodu, kdy program musel vytvořit co nejefektivnější nohu pro přesun po štěrku, tvrdé zemi nebo vodě. Právě vysoké rozlišení simulace dovoluje vytvořit konstrukci, která je mnohem přesnější a efektivnější. Simulace přitom začíná na náhodném tvaru nohy.
Rychlá robotická evoluce
Technologie přesné simulace a následného 3D tisku je důležitá pro budoucí roboty, které bude nutné vyslat například do vesmíru a další místa. I když jde zatím o ukázku na jednoduchém hexapodu a jeho nohou, lze si velmi snadno představit, že v budoucnu půjde o univerzální robotickou konstrukci, která bude mít nějaké základ a vše ostatní se vždy vyrobí na míru danému prostředí nebo problému, který robot bude muset řešit.
Možnosti 3D tisku se navíc velmi rychle rozšiřují, už není ani problém tisknout kovové části a podobně, takže z pohledu kvality a rozmanitosti nejsou žádná omezení.
Začíná to být ale strašidelné proto, že tyto systémy budou moci pracovat zcela automaticky a tak se budou moci roboti v budoucnu zlepšovat velmi rychle jak po softwarové, tak i hardwarové stránce. Zbývá jen doufat, že to bude převážně pro blaho lidstva.
Originální materiál k výzkumu naleznete na Arxiv.org (PDF)
