La prima intelligenza artificiale in grado di progettare in modo intelligente e quasi istantaneo nuovi robot che funzionano nel mondo reale.
Un team guidato da ricercatori della Northwestern University ha sviluppato la prima intelligenza artificiale (AI) in grado di progettare in modo intelligente robot da zero.
I ricercatori hanno dato al sistema un semplice suggerimento per testare la nuova intelligenza artificiale: progettare un robot in grado di camminare su una superficie piana. Mentre la natura ha impiegato miliardi di anni per far evolvere le prime specie che camminano, il nuovo algoritmo ha compresso l’evoluzione alla velocità della luce, progettando un robot che cammina con successo in pochi secondi.
Ma il programma AI non è solo veloce. Funziona anche su un personal computer leggero e progetta da zero strutture completamente nuove.
Ciò contrasta nettamente con altri sistemi di intelligenza artificiale, che spesso richiedono supercomputer assetati di energia e set di dati colossalmente grandi. E anche dopo aver analizzato tutti quei dati, questi sistemi sono vincolati ai vincoli della creatività umana, imitando solo il lavoro passato degli esseri umani senza la capacità di generare nuove idee.
Utilizzando il progetto progettato dall’intelligenza artificiale, una stampante 3D stampa stampi per i robot. Credito immagine: Northwestern University
IL studio pubblicato negli Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze.
“Abbiamo scoperto un algoritmo di progettazione molto veloce basato sull’intelligenza artificiale che aggira gli ingorghi dell’evoluzione, senza ricorrere ai pregiudizi dei progettisti umani”, ha affermato Sam Kriegmannche ha guidato i lavori.
“Abbiamo detto all’intelligenza artificiale che volevamo un robot in grado di camminare sulla terra. Quindi abbiamo semplicemente premuto un pulsante e il gioco è fatto! In un batter d’occhio, ha generato il progetto di un robot che non assomiglia per niente a nessun animale che abbia mai camminato sulla terra. Io chiamo questo processo “evoluzione istantanea”.
Sam Kriegman mostra uno dei robot. Credito immagine: Northwestern University
Kriegman è un assistente professore di informatica, ingegneria meccanica e ingegneria chimica e biologica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern, dove è membro del Center for Robotics and Biosystems.
David Matthews, uno scienziato del laboratorio di Kriegman, è il primo autore dell’articolo. Kriegman e Matthews hanno lavorato a stretto contatto con i coautori Andrew Spielberg e Daniela Rus (Massachusetts Institute of Technology) e Josh Bongard (Università del Vermont) per diversi anni prima della loro scoperta rivoluzionaria.
Esplorare il potenziale della vita artificiale
All’inizio del 2020, Kriegman ha attirato l’ampia attenzione dei media per sviluppo di xenobot, i primi robot viventi realizzati interamente con cellule biologiche. Ora, Kriegman e il suo team vedono la loro nuova intelligenza artificiale come il prossimo passo avanti nella loro ricerca per esplorare il potenziale della vita artificiale.
Il robot stesso è senza pretese: piccolo, molle e deforme. E, per ora, è realizzato con materiali inorganici. Ma Kriegman afferma che rappresenta il primo passo in una nuova era di strumenti progettati dall’intelligenza artificiale che, come gli animali, possono agire direttamente sul mondo.
“Quando le persone guardano questo robot, potrebbero vedere un gadget inutile”, ha detto Kriegman. “Vedo la nascita di un organismo completamente nuovo.”
L’interno del robot contiene “muscoli dell’aria”, come mostrato a sinistra. Credito immagine: Northwestern University
Zero a camminare in pochi secondi
Mentre il programma di intelligenza artificiale può iniziare con qualsiasi richiesta, Kriegman e il suo team hanno iniziato con una semplice richiesta di progettare una macchina fisica in grado di camminare sulla terra. È qui che si sono fermati gli input dei ricercatori e che è subentrata l’intelligenza artificiale.
Il computer è iniziato con un blocco delle dimensioni di una saponetta. Potrebbe oscillare ma sicuramente non camminare. Sapendo che non aveva ancora raggiunto il suo obiettivo, l’intelligenza artificiale ha rapidamente ripetuto il progetto. Ad ogni iterazione, l’IA ne ha valutato il design, ha identificato i difetti e ha ridotto il blocco simulato per aggiornarne la struttura.
Alla fine, il robot simulato potrebbe rimbalzare sul posto, poi saltare in avanti e poi trascinarsi. Alla fine, dopo soli nove tentativi, ha generato un robot in grado di camminare per metà della sua lunghezza corporea al secondo, circa la metà della velocità di un passo umano medio.
L’intero processo di progettazione, da un blocco informe senza movimento a un robot completamente ambulante, ha richiesto solo 26 secondi su un laptop.
David Matthews versa la gomma negli stampi stampati in 3D. Credito immagine: Northwestern University
“Ora chiunque può osservare l’evoluzione in azione mentre l’intelligenza artificiale genera corpi robotici sempre migliori in tempo reale”, ha affermato Kriegman.
“L’evoluzione dei robot in precedenza richiedeva settimane di tentativi ed errori su un supercomputer e, naturalmente, prima che qualsiasi animale potesse correre, nuotare o volare nel nostro mondo, ci sono stati miliardi e miliardi di anni di tentativi ed errori. Questo perché l’evoluzione non ha lungimiranza. Non può vedere nel futuro per sapere se una specifica mutazione sarà benefica o catastrofica. Abbiamo trovato il modo di rimuovere questa benda, comprimendo così miliardi di anni di evoluzione in un istante”.
Riscoprire le gambe
Da sola, l’intelligenza artificiale ha sorprendentemente trovato la stessa soluzione per camminare della natura: le gambe. Ma a differenza dei progetti decisamente simmetrici della natura, l’intelligenza artificiale ha adottato un approccio diverso. Il robot risultante ha tre gambe, pinne lungo la schiena, una faccia piatta ed è crivellato di buchi.
“È interessante perché non abbiamo detto all’intelligenza artificiale che un robot dovrebbe avere le gambe”, ha detto Kriegman. “Ha riscoperto che le gambe sono un buon mezzo per muoversi sulla terraferma. La locomozione con le gambe è, infatti, la forma più efficiente di movimento terrestre”.
Per vedere se il robot simulato potesse funzionare nella vita reale, Kriegman e il suo team hanno utilizzato il robot progettato dall’intelligenza artificiale come modello. Innanzitutto, hanno stampato in 3D uno stampo dello spazio negativo attorno al corpo del robot. Quindi, hanno riempito lo stampo con gomma siliconica liquida e hanno lasciato polimerizzare per un paio d’ore. Quando il team ha estratto il silicone solidificato dallo stampo, era morbido e flessibile.
Ora era il momento di vedere se il comportamento simulato del robot – camminare – fosse mantenuto nel mondo fisico. I ricercatori hanno riempito d’aria il corpo di gomma del robot, facendo espandere le sue tre gambe. Quando l’aria si sgonfiò dal corpo del robot, le gambe si contrassero. Pompando continuamente aria nel robot, questo si espandeva e poi si contraeva ripetutamente, provocando una locomozione lenta ma costante.
Un disegno curioso
Anche se l’evoluzione delle gambe ha senso, i buchi sono un’aggiunta curiosa. L’intelligenza artificiale ha praticato fori in tutto il corpo del robot in luoghi apparentemente casuali. Kriegman ipotizza che la porosità tolga peso e aggiunga flessibilità, consentendo al robot di piegare le gambe per camminare.
“Non sappiamo veramente cosa facciano questi buchi, ma sappiamo che sono importanti”, ha detto. “Perché quando li portiamo via, il robot non può più camminare o non può camminare neanche lui.”
Nel complesso, Kriegman è sorpreso e affascinato dal design del robot, notando che la maggior parte dei robot progettati dall’uomo assomigliano a esseri umani, cani o dischi da hockey.
“Quando gli esseri umani progettano robot, tendiamo a progettarli in modo che assomiglino a oggetti familiari”, ha detto Kriegman. “Ma l’intelligenza artificiale può creare nuove possibilità e nuovi percorsi che gli esseri umani non hanno mai nemmeno preso in considerazione. Potrebbe aiutarci a pensare e sognare in modo diverso. E questo potrebbe aiutarci a risolvere alcuni dei problemi più difficili che affrontiamo”.
Sebbene il primo robot dell’intelligenza artificiale possa fare poco più che avanzare, Kriegman immagina un mondo di possibilità per gli strumenti progettati dallo stesso programma. Un giorno, robot simili potrebbero essere in grado di navigare tra le macerie di un edificio crollato, seguendo le tracce termiche e vibrazionali per cercare persone e animali intrappolati, oppure potrebbero attraversare i sistemi fognari per diagnosticare problemi, sbloccare tubi e riparare danni. L’intelligenza artificiale potrebbe anche essere in grado di progettare nano-robot che entrano nel corpo umano e si muovono attraverso il flusso sanguigno per sbloccare le arterie, diagnosticare malattie o uccidere le cellule tumorali.
“L’unica cosa che ci impedisce di realizzare questi nuovi strumenti e terapie è che non abbiamo idea di come progettarli”, ha affermato Kriegman. “Fortunatamente per noi, l’intelligenza artificiale ha idee proprie”.
Fonte: Università nordoccidentale
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
