Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda opracowali flotę robotycznych mrówek, które naśladują samoorganizujące się zachowania owadów społecznych, by budować oraz demontować struktury bez użycia planów czy centralnego kierownictwa. Zespół z John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences nazwał swoje urządzenia „RAnts” i zaprojektował je jako proste, zdecentralizowane jednostki zdolne do spontanicznego organizowania się. Kluczową innowacją jest rezygnacja z centralnego sterowania na rzecz mechanizmu, w którym inteligencja całego roju wyłania się z lokalnych interakcji pomiędzy poszczególnymi robotami a ich otoczeniem. Zamiast chemicznych feromonów, którymi porozumiewają się mrówki w naturze, te sztuczne owady wykorzystują pola świetlne nazwane fotormonami, które pełnią funkcję cyfrowego substytutu sygnałów chemicznych.
Profesor L. Mahadevan, wykładowca matematyki stosowanej, biologii organizmalnej i ewolucyjnej oraz fizyki w SEAS i FAS, wyjaśnia filozofię stojącą za projektem. „Nasze nowe badanie pokazuje, jak proste, lokalne zasady mogą prowadzić do wyłonienia się złożonych zadań, które są samoorganizujące się, a przez to solidne i adaptacyjne” – stwierdza naukowiec. Wprowadza on również autorską koncepcję inteligencji egzocielesnej, określanej terminem exbodied intelligence, zgodnie z którą zbiorowe poznanie wynika nie tylko z poszczególnych jednostek, lecz z ich ciągłej interakcji z ewoluującym środowiskiem. W praktyce oznacza to, że inteligentny system nie musi mieszkać wewnątrz sprzętu pojedynczego robota, a może rozlewać się po całej przestrzeni działania roju.
Cyfrowe feromony zamiast wielkich mózgów
Mrówki udowadniają, że nie potrzeba wielkiego mózgu, by być świetnym budowniczym, wystarczy świetny zespół. Bez planów i nadzorców te maleńkie stworzenia konstruują jedne z najbardziej złożonych siedlisk w naturze, a Harvard postanowił powielić ten mechanizm.
W ostatnich latach rozwój sztucznej inteligencji skupiał się niemal obsesyjnie na szybszych procesorach oraz coraz większych cyfrowych mózgach. Zespół Mahadevana spojrzał w przeciwnym kierunku i postawił na inteligencję wyłaniającą się z fizycznej interakcji jednostki z otoczeniem. Badanie dowodzi, że zdecentralizowane agenty mogą osiągać złożone cele, przestrzegając minimalnych zasad fizycznych i reagując na sygnały płynące ze środowiska.
Aby odwzorować naturalny mechanizm, zespół z Harvardu sięgnął po biologiczną koncepcję zwaną stygmergią, w której jednostki reagują na zmiany w środowisku wprowadzone wcześniej przez inne osobniki. RAnty komunikują się poprzez pola świetlne, czyli wspomniane fotormony, które działają jako substytut naturalnych feromonów i pozwalają robotom koordynować działania w ciągłej pętli sprzężenia zwrotnego. Cały mechanizm opiera się na wyczuwaniu otoczenia i jednoczesnym modyfikowaniu go, przez co każdy robot staje się zarówno odbiornikiem, jak i nadajnikiem informacji.
CYNICZNYM OKIEM: Cała branża sztucznej inteligencji od lat przekonuje, że potrzebuje jeszcze większych procesorów i jeszcze droższych centrów danych. Harvard pokazuje, że garstka tanich robocików z latarkami potrafi zbudować dom lepiej niż dowolny serwerownia wart miliard dolarów.
Ekipa budowlana i wyburzeniowa w jednej sekundzie
Podążając za prostymi gradientami w polu świetlnym fotormonów, roboty tworzą pętlę sprzężenia zwrotnego, która koordynuje zachowanie całego roju. Działają w oparciu o zaledwie kilka podstawowych zasad, takich jak śledzenie sygnałów, transportowanie bloków oraz deponowanie ich przy określonych wartościach progowych. Piękno tego systemu tkwi w jego prostocie i niezwykłej elastyczności.
Co ciekawe, rój potrafi błyskawicznie zmieniać role, dostosowując zaledwie dwa parametry, czyli intensywność podążania za światłem oraz ustawienie dotyczące upuszczania lub podnoszenia bloków. W jednej chwili roboty stanowią ekipę budowlaną, a w następnej zamieniają się w zespół wyburzeniowy, co otwiera zupełnie nowe możliwości w dynamicznych scenariuszach operacyjnych. Taka plastyczność ról jest niemożliwa do osiągnięcia w klasycznych systemach robotycznych opartych na scentralizowanym planowaniu, w których każda zmiana zadania wymaga przepisania strategii całej floty.
Wynalazek oferuje nowy model dla autonomicznej robotyki i dowodzi, że wyrafinowane zadania na dużą skalę mogą być zarządzane poprzez proste, samoorganizujące się interakcje. Sugeruje to, że inteligencja zbiorowa nie znajduje się wyłącznie w mózgach robotów, ale powstaje w wyniku nieustannej interakcji pomiędzy agentami a ich zmieniającym się środowiskiem. Odkrycia te torują drogę do różnorodnych zastosowań praktycznych.
CYNICZNYM OKIEM: Autonomiczne budownictwo w strefach niebezpiecznych oraz eksploracja planetarna brzmią szlachetnie, ale pierwszym klientem takich rojów będzie zapewne wojsko. Roboty, które potrafią błyskawicznie przełączać się z budowania na wyburzanie, mają oczywistą wartość rynkową, której żaden naukowiec nie reklamuje wprost.
Na liście potencjalnych zastosowań znalazły się autonomiczne budownictwo w strefach niebezpiecznych, eksploracja planetarna oraz tworzenie zaawansowanych modeli eksperymentalnych do analizy zachowań zwierząt. Każde z tych pól wymaga systemów odpornych na awarie pojedynczych jednostek, a właśnie taką odporność zapewnia architektura pozbawiona centrum dowodzenia. Jeśli jeden RAnt przestaje działać, rój po prostu kontynuuje zadanie, ponieważ żaden element nie jest dla całości niezbędny.
Wyniki badań zostały szczegółowo opisane w czasopiśmie PRX Life i otwierają dyskusję nad kierunkiem rozwoju robotyki na kolejne lata. Zamiast wyścigu na moc obliczeniową pojedynczych maszyn, Harvard proponuje ścieżkę biologiczną, w której prostota, masa i współpraca wygrywają z wyrafinowaniem jednostki. Pozostaje pytanie, czy komercyjny przemysł technologiczny, mocno zainwestowany w scentralizowaną sztuczną inteligencję, będzie gotów przyjąć tę zmianę perspektywy i zacząć projektować systemy oparte na kolektywnej prostocie zamiast na indywidualnym geniuszu maszyny.
