Если у традиционного робопса ломается нога, он мгновенно превращается в бесполезный кусок металла. Инженеры решили избавиться от этой уязвимости, предложив совершенно новую концепцию. Они создали модульные механизмы, которые адаптируются к пересеченной местности и продолжают работу даже после того, как их разрубят пополам. Отсеченные части не становятся мертвым грузом — они могут самостоятельно ползти обратно, чтобы воссоединиться с основным корпусом и завершить миссию любой сложности.

Эволюционировавшие шагающие метамашины

На изображении представлены созданные искусственным интеллектом модульные механизмы, собранные из сферических узлов и стержней, которые перемещаются по природному ландшафту. Авторы: Northwestern University. Источник: techxplore.com.

Анатомия «живого» конструктора

Результаты исследования, опубликованные в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, вводят в робототехнику новый термин — «шагающие метамашины». По сути, это роботы, целиком состоящие из других, более мелких роботов.

Базовым строительным блоком служит полуметровый модуль, внешне напоминающий пару палок, соединенных центральной сферой. Руководитель исследования, доцент Сэм Кригман, сравнивает начинку этой сферы с биологическими системами: внутри спрятаны «нервная система, метаболизм и мышцы» — то есть микросхема, батарея и электромотор.

Несмотря на механическую простоту и способность вращаться лишь по одной оси, каждый такой модуль является полностью автономным агентом. Поодиночке они способны катиться, прыгать и поворачиваться. Но как только несколько сфер соединяются вместе по принципу конструктора Lego, у них появляется так называемый атлетический интеллект. Составные машины начинают двигаться волнообразно, подобно тюленям, совершать резкие рывки, как ящерицы, или прыгать на манер кенгуру.

Эволюция в кремнии

Инженеры не конструировали тела метамашин вручную, копируя собак или людей. Вместо этого они делегировали задачу искусственному интеллекту, заставив алгоритм симулировать естественный отбор. В виртуальной физической среде ИИ случайным образом соединял блоки, тестировал получившиеся конфигурации, безжалостно отбраковывал неудачные и «скрещивал» лучшие варианты.

Благодаря искусственным мутациям на свет появились причудливые трех-, четырех- и пятиногие формы, до которых вряд ли бы додумался человек. В зависимости от итоговой конструкции одни и те же базовые блоки брали на себя роли ног, гибкого позвоночника или хвоста.

Для лаборатории Кригмана это не первый подобный эксперимент. По данным телеканала CBS News, в октябре 2023 года эта же команда продемонстрировала алгоритм, который за 26 секунд спроектировал с нуля мягкого фиолетового робота, самостоятельно научившегося ходить. Однако те ранние модели были лишены координации и не могли осознавать собственное тело. Новые метамашины, напротив, способны оценивать окружающую обстановку и слаженно управлять десятками составных частей.

Испытания дикой природой

Ключевым этапом работы стал выход механизмов из симуляции в реальный мир. Метамашины отправили на улицу, где они столкнулись с гравием, травой, корнями деревьев, грязью, песком и неровной брусчаткой. По заявлениям исследователей, это первый случай в истории, когда сгенерированные эволюционным алгоритмом роботы успешно действовали вне стен лаборатории.

На пересеченной местности аппараты продемонстрировали пугающую живучесть. Они прыгали, крутились в воздухе, а при опрокидывании инстинктивно переворачивались обратно, причем делали это без какого-либо дополнительного обучения. Если сымитировать критическую поломку и оторвать машине ногу, система мгновенно перестраивается: оставшиеся модули меняют паттерн движения, компенсируя потерю, а оторванная конечность самостоятельно катится вслед за группой, чтобы прикрепиться обратно.

Разработка, поддержанная Национальным научным фондом США и программой Schmidt Sciences AI2050, может радикально изменить подход к спасательным операциям. В будущем автономные рои таких метамашин смогут исследовать зоны стихийных бедствий и труднодоступные территории. Если завалит камнями или выйдет из строя один компонент, робот просто пересоберет себя на ходу и продолжит искать выживших, стирая грань между хрупким инструментом и живым организмом.

Источники

• Evolved robots are born to run and refuse to die — Northwestern News — news.northwestern, Авторы: Amanda Morris

• Evolved Robots Are Born to Run and Refuse to Die | News — mccormick.northwestern, Авторы: Amanda Morris

• Artificial intelligence creates a robot from scratch in seconds at Northwestern University — cbsnews, Авторы: Mikayla Price