Искусственный интеллект спроектировал шагающего робота за несколько секунд

Группа исследователей под руководством Северо-Западного университета разработала первый на сегодняшний день искусственный интеллект, способный проектировать роботов что называется с нуля.

Чтобы протестировать новый ИИ, исследователи дали системе простое задание: Создайте робота, способного ходить по плоской поверхности. В то время как природе потребовались миллиарды лет для эволюции первых ходячих видов, новый алгоритм сократил эволюцию до молниеносной скорости — успешный шагающий робот был создан за считанные секунды.

Но программа искусственного интеллекта не просто быстрая. Она также работает на легком персональном компьютере и проектирует совершенно новые структуры с нуля. Это резко контрастирует с другими системами искусственного интеллекта, которые часто требуют энергоемких суперкомпьютеров и колоссальных массивов данных. И даже после обработки всех этих данных такие системы оказываются привязанными к ограничениям человеческого творчества — они лишь имитируют прошлые работы людей, не имея возможности генерировать новые идеи.

Результаты исследования опубликованы 3 октября в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Мы обнаружили очень быстрый алгоритм проектирования, управляемый искусственным интеллектом, который обходит пробки эволюции, не опираясь на предвзятость человеческих дизайнеров, — сказал Сэм Кригман (Sam Kriegman), руководитель работы из Северо-Западного университета.

Мы сказали ИИ, что нам нужен робот, способный ходить по земле. Затем мы просто нажали кнопку — и готово! ИИ 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 Северо-Западной инженерной школе Маккормика, где он является сотрудником Центра робототехники и биосистем. Дэвид Мэтьюс, ученый из лаборатории Кригмана, является первым автором статьи. До своего открытия Кригман и Мэтьюс в течение нескольких лет тесно сотрудничали с соавторами Эндрю Спилбергом и Даниэлой Рус (Массачусетский технологический институт) и Джошем Бонгардом (Университет Вермонта).

От ксеноботов к новым организмам

В начале 2020 г. Кригман привлек широкое внимание СМИ благодаря разработке ксеноботов — первых живых роботов, полностью состоящих из биологических клеток. Теперь Кригман и его команда рассматривают свой новый ИИ как очередное достижение в изучении потенциала искусственной жизни. Сам робот непритязателен — маленький, хлюпкий и неправильной формы. И пока он сделан из неорганических материалов. Но Кригман считает, что он представляет собой первый шаг в новой эре инструментов, созданных на основе искусственного интеллекта, которые, подобно животным, могут непосредственно воздействовать на окружающий мир.

Когда люди смотрят на этого робота, они могут увидеть бесполезный гаджет, — сказал Кригман.

Я же вижу рождение совершенно нового организма.

От нуля до ходьбы за несколько секунд

Хотя программа искусственного интеллекта может быть запущена с любого запроса, Кригман и его команда начали с простой просьбы разработать физическую машину, способную ходить по земле. На этом ввод данных исследователями закончился, и ИИ взял управление на себя.

Компьютер начал с блока размером с кусок мыла. Он мог покачиваться, но точно не ходить. Понимая, что он еще не достиг своей цели, ИИ быстро итерировал конструкцию. С каждой итерацией ИИ оценивал свою конструкцию, выявлял недостатки и дорабатывал смоделированный блок, обновляя его структуру. В итоге робот смог подпрыгивать на месте, прыгать вперед и перемещаться. Наконец, после девяти попыток был создан робот, способный пройти половину длины своего тела за секунду — это примерно вдвое меньше, чем скорость шага обычного человека.

Весь процесс проектирования — от бесформенного блока с нулевым движением до полноценного шагающего робота — занял всего 26 секунд на ноутбуке.

Теперь каждый может наблюдать эволюцию в действии, когда искусственный интеллект в реальном времени создает все более совершенные тела роботов, — сказал Кригман.

Раньше для эволюции 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 объясняется тем, что эволюция не обладает предвидением.

Она не может заглянуть в будущее и узнать, будет ли та или иная мутация полезной или катастрофической. Мы нашли способ снять эту повязку с глаз, тем самым сжав миллиарды лет эволюции в одно мгновение.

Заново открывая ноги

ИИ, как ни странно, пришел к тому же решению проблемы ходьбы, что и природа: Ноги. Но в отличие от природных симметричных конструкций, ИИ использовал другой подход. Получившийся робот имеет три ноги, плавники вдоль спины, плоское лицо и испещренное отверстиями.

Это интересно, потому что мы не говорили ИИ, что у робота должны быть ноги, — говорит Кригман.

Он заново открыл для себя, что ноги — это хороший способ передвижения по суше. Локомоция с помощью ног, по сути, является наиболее эффективной формой передвижения по суше.

Чтобы проверить, сможет ли смоделированный робот работать в реальной жизни, Кригман и его команда использовали разработанного ИИ робота в качестве чертежа. Сначала они напечатали 3D-форму отрицательного пространства вокруг тела робота. Затем они заполнили форму жидкой силиконовой резиной и оставили ее застывать на несколько часов. Когда команда извлекла застывший силикон из формы, он оказался хлюпким и гибким.

Теперь нужно было проверить, сохранится ли смоделированное поведение робота — ходьба — в реальном мире. Исследователи наполнили резиновый корпус робота воздухом, в результате чего три его ноги расширились. Когда воздух из тела робота выходил, ноги сжимались. Постоянно накачивая воздух в робота, он то расширялся, то сжимался, обеспечивая медленную, но устойчивую локомоцию.

Непривычная конструкция

Если эволюция ног вполне логична, то отверстия являются любопытным дополнением. ИИ проделал отверстия по всему телу робота в, казалось бы, случайных местах. Кригман предполагает, что пористость уменьшает вес и увеличивает гибкость, позволяя роботу сгибать ноги для ходьбы.

Мы не знаем, что делают эти отверстия, но мы знаем, что они важны, — сказал он.

Потому что, если их убрать, робот либо не сможет больше ходить, либо сможет ходить не так хорошо.

В целом Кригман удивлен и восхищен дизайном робота, отмечая, что большинство роботов, созданных людьми, похожи либо на людей, либо на собак, либо на хоккейные шайбы.

Когда люди проектируют роботов, мы, как правило, делаем их похожими на привычные объекты, — сказал Кригман.

Но ИИ может создать новые возможности и новые пути развития, о которых люди даже не задумывались. Он может помочь нам думать и мечтать по-другому. И это может помочь нам решить некоторые из самых сложных проблем, с которыми мы сталкиваемся.

Потенциальные будущие применения

Несмотря на то, что первый робот, созданный ИИ, способен лишь перемещаться вперед, Кригман представляет себе целый мир возможностей для инструментов, созданных по той же программе. Когда-нибудь подобные роботы смогут перемещаться по обломкам рухнувшего здания, ориентируясь на тепловые и вибрационные сигналы, в поисках попавших в ловушку людей и животных, а также перемещаться по канализационным системам для диагностики проблем, разблокировки труб и устранения повреждений.

ИИ также может создать нанороботов, которые будут проникать в тело человека и двигаться по кровеносной системе, чтобы разблокировать артерии, диагностировать заболевания или уничтожать раковые клетки.

Единственное, что стоит на нашем пути к этим новым инструментам и методам лечения, — это то, что мы понятия не имеем, как их разработать, — сказал Кригман.

К счастью для нас, у искусственного интеллекта есть свои идеи.

03.10.2023