Roboty jak zwierzęta: różnorodne i poza kontrolą

Budowanie robotów, w których o najdrobniejszej rzeczy decyduje napisany przez człowieka program to ślepa uliczka - twierdzą uczeni na łamach "Science". Trzeba tworzyć takie maszyny, które mnóstwo rzeczy robią bez zastanowienia - jak zwierzęta. Trzeba też pozwolić takim projektom na uczenie się i ewolucję coraz lepszych modeli. Tylko co z nich wyrośnie?

Tradycyjna robotyka nadaje się najwyżej do dostarczania automatów zakładom produkcyjnym. A i to w ograniczonym zakresie, bo jak ktoś niewykwalifikowany wkroczy na ich teren, może stać się nieszczęście.

Fabryka to nie wszystko

- W fabryce, gdzie roboty muszą szybko spawać części, precyzyjnie składać silniki, albo starannie pakować czekoladki do pudełek, koncentrujemy się na szybkości, precyzji, kontroli i niskich kosztach - wyjaśniają Rolf Pfeifer, Max Lungarella i Fumiya Iida na łamach ostatniego numeru "Science". - A roboty mające pracować w prawdziwym świecie powinny radzić sobie z niepewnymi sytuacjami i szybko reagować na zmiany w otoczeniu.

Współczesne roboty są daleko w tyle za żywymi organizmami, bo ich tworzenie polega na programowaniu wszystkich najdrobniejszych czynności. Dlatego takim osiągnięciem jest dla androida chodzenie po schodach, skoro każdy ruch jest precyzyjnie sterowany przez komputer. A tymczasem ludzie i zwierzęta nie rozmyślają nad każdym krokiem - wiele nieświadomych ruchów wynika wprost z konstrukcji kończyn i fizycznych własności poszczególnych mięśni. Najnowsze androidy wciąż są nieefektywne i zużywają zbyt wiele energii na najdrobniejsze czynności.

Owszem, szybkie komputery, lepsze oprogramowanie i coraz gęstsza plątanina przewodów w najnowszych maszynach pozwalają im radzić sobie coraz lepiej. Tom Simonite w "New Scientist" z 10 listopada opisuje projekt robota, który nie skrzywdzi człowieka, bo od razu poczuje, że uderzył coś, czego nie powinno być w zasięgu jego ramion. Sekret tkwi w większej liczbie poutykanych w maszynie czujnikach i szybkich procedurach awaryjnych. Wprowadzenie tego patentu na zrobotyzowane linie montażowe może zapobiec niektórym wypadkom, ale nie oznacza, że maszyny są gotowe wyjść z fabryk i pewnie poruszać się w naszym świecie.

Bezmyślność robota

Równocześnie z rozwiązywaniem nowych problemów po staremu, robotycy coraz chętniej zaczynają czerpań pomysły ze świata zwierząt. Pomaga im w tym bionika, interdyscyplinarna dziedzina nauki, dzięki której "patenty" sprawdzone w trakcie ewolucji żywych organizmów trafiają do przemysłu. Sztandarowym przykładem są rzepy do ubrań, których "pomysłodawcą" był łopian. Oczywiście robotykom nie chodzi o zbudawanie konia pociągowego od podstaw, ale wybieranie określonych rozwiązań, na które natura wpadła przed inżynierami.

Naukowcy zachłystują się wprost rozwiązaniami konstrukcyjnymi, które roboty mogłyby odziedziczyć chociażby od owadów. - Owady mają tuziny stawów, które wymagają koordynacji podczas chodzenia czy biegania, co jest szczególnym wyzwaniem na nierównych powierzchniach - wyjaśniają Pfeifer, Lungarella i Iida. - A przecież nie rozwiązują cały czas złożonych zadań z kinematyki, jak dzieje się to zwykle w przypadku robotów.

Rozwiązaniem, na jakie u owadów zdecydowała się ewolucja, jest decentralizacja układu nerwowego i taka konstrukcja kończyn, by wiele ruchów przebiegało wręcz bez jego udziału. Okazuje się też, że nogi owada dogadują się między sobą, mózg decyduje tylko o kierunku marszu. Wiele tego rodzaju ustaleń biologia zawdzięcza robotyce, bo korzyści z tego mariażu są obopólne. Naukowcy modelując określone cechy rozmaitych zwierząt dowiadują się wiele o ich sposobach poruszania się, układzie nerwowym, a nawet zachowaniach grupowych. Wspomniany numer "Science" opisuje eksperyment dyrygowania karaluchami przez roboty udające owady.

Roboty przyszłości odziedziczą więc wiele cech owadów, czy skorupiaków. A także mięczaków, ryb, płazów, jaszczurek, małp i ludzi. Zdaniem naukowców najlepszym nauczycielem chodzenia dla androidów powinny być natomiast dzieci uczące się chodzić. Tak samo jak niemowlaki, roboty będą się uczyć swojego otoczenia.

Kto go tego nauczył?

Nie można też programować wszystkiego. Roboty mają się uczyć, działając. To oznacza, że ich oprogramowanie będzie się przystosowywać do gromadzonych doświadczeń. Maszyna sama oceni, jakie ruchy w danej sytuacji przyniosą pożądany efekt. Na początku będzie robić dużo błędów. Później może nas wszystkich zadziwić precyzją.

Środowisko, do jakiego ostatecznie przeznaczony będzie robot - na przykład ludzkie mieszkanie, albo pustynia obcej planety, powinno wpływać na zachowania maszyn, czyli modyfikować ich program. Takie uczące się samodzielnie roboty odbierają bodźce od otoczenia, a ich mózgi łączą określone działania z odpowiednimi sytuacjami. Po wielu próbach danego zadania maszyna będzie praktycznie bezbłędna. Najważniejsze jest to, że takie podejście umożliwi działanie robota poza sterylnym laboratorium. Punktem dojścia jest sytuacja, gdy człowiek poinstruuje maszynę, co i jak ma robić, zamiast głowić się nad napisaniem odpowiedniego programu. Błędy też będą się zdarzać, ale do ich wyeliminowania nie trzeba się będzie przekopywać przez linijki kodu. Tak będą działać roboty pomagające nam w pracach domowych, albo w wyprawach badawczych na Marsie.

Nieunikniony bunt maszyn?

Nowe rozwiązania w robotyce inspirującej się biologią oznaczają w pewnym sensie wyrzeczenie się kontroli człowieka nad maszyną. Nawet twórca maszyny nie będzie wiedział, jak ona właściwie działa. Paradoksalnie więcej rozeznania będzie w tym miał użytkownik danego egzemplarza, bo to jego instrukcje wpłynęły na edukacje robota. Maszyna będzie też uczyć się nawyków językowych i humorów swojego operatora, więc zżyją się oboje ze sobą jak właściciel z domowym zwierzakiem. Akurat zrobotyzowane zwierzaki dające się oswajać są już dość powszechne na Dalekim Wschodzie.

Do niektórych zadań najlepiej będą nadawać się nie duże pojedyncze maszyny, ale chmary mniejszych i prostszych robocików, które będą ze sobą współdziałać (jak mrówki lub pszczoły). Z myślą o takich armiach pomocników naukowcy od dawna zastanawiają się nad obdarzeniem maszyn zdolnością samodzielnego powielania się.

W dodatku, proces treningu nie musi dotyczyć wyłącznie oprogramowania, ale powinien wpływać również na konstrukcję maszyn. Chodzi przecież o to, by dostać możliwie najefektywniejsze narzędzia do określonych zadań. Człowiek nie przewidzi wszystkiego, więc roboty same sklecą swoje potomstwo z dostępnych materiałów, udoskonalając je coraz bardziej.

Najznakomitsi autorzy SF od kilkudziesięciu lat tworzą ostrzegawcze, czasem wręcz katastroficzne scenariusze, w których usamodzielnione maszyny obracają się przeciw ludzkości, a ta staje bezradna wobec potęgi superkomputerów zakutych w stal. Czy powinniśmy się tego obawiać? Naukowcy już pracują nad stadkami samopowielających się robotów. Jak dotąd, są to warczące malutkimi silniczkami klocki, które układają się w większe całości. I dopiero takie układy robotycy potrafią skłonić do samopowielania. Daleko jeszcze do rozmnażania takiego, jak u żywych organizmów - przyznają Pfeifer, Lungarella i Iida.

Adrian Cho wyjaśnia w tym samym numerze "Science", że brakuje zadowalających rezultatów, bo nie ma funduszy na tak mało praktyczne projekty. A maszyny zbyt mało jeszcze są w stanie zrozumieć z otaczającego nas świata, by być w stanie samodzielnie zebrać odpowiednie materiały, przetworzyć je i poskładać własną kopię. Zdaniem Cho, dziecko przeczesujące stertę klocków Lego w poszukiwaniu potrzebnych elementów daleko wyprzedza najlepsze współczesne automaty. - To nie jest wyłącznie słaba strona samopowielania, to słaba strona robotyki w ogóle - wtóruje mu inżynier Gregory Chirikjian. - Dlaczego nie mamy robotów zmywających naczynia i wyprowadzających naszego psa? Bo świat jest bardzo skomplikowany i robot z nim sobie nie radzi - dodaje.

Jesteśmy więc w punkcie wyjścia. Należy jednak oczekiwać, że wyżej opisane projekty samouczące się będą się uczyć coraz szybciej i szybciej.