Self-Assembling Robots and the Potential of Artificial Evolution | Emma Hart | TED

المترجم: Mohamed Salem المدقّق: Shimaa Nabil

Imagine a scientist

تخيلوا عالمة

who wants to send a robot to explore in a faraway place,

تريد أن ترسل روبوتًا ليستكشف في مكان بعيد،

a place whose geography might be completely unknown

مكان قد تكون جغرافيته غير معروفة تمامًا

and perhaps inhospitable.

وربما غير مضياف.

Now imagine that instead of first designing that robot

تخيلوا الآن أنه بدلاً من تصميم هذا الروبوت أولاً

and sending it off in the hope that it might be suitable,

وإرساله على أمل أن يكون مناسبًا،

instead, she sends a robot-producing technology

بدلاً من ذلك، فإنها ترسل تقنية لإنتاج الروبوت

that figures out what kind of robot is needed once it arrives,

تحدد نوع الروبوت المطلوب بمجرد وصوله،

builds it and then enables it to continue to evolve

وتبنيه ثم تمكينه لمواصلة التطور

to adapt to its new surroundings.

للتكيف مع محيطه الجديد.

It’s exactly what my collaborators and I are working on:

إنه بالضبط ما أعمل عليه أنا وزملائي:

a radical new technology which enables robots to be created,

تقنية جديدة جذرية تمكن من إنشاء الروبوتات

reproduce and evolve over long periods of time,

وإعادة إنتاجها وتطويرها على مدى فترات طويلة من الزمن،

a technology where robot design and fabrication becomes a task

وهي تقنية يصبح فيها تصميم وتصنيع الروبوتات مهمة

for machines rather than humans.

للآلات بدلاً من البشر.

Robots are already all around us, in factories, in hospitals, in our home.

الروبوتات موجودة بالفعل في كل مكان حولنا، في المصانع، في المستشفيات، في منازلنا.

But from an engineer's perspective,

ولكن من وجهة نظر المهندس،

designing a shelf-stacking robot or a Roomba to clean our home

فإن تصميم روبوت للتكديس على الرفوف أو رومبا لتنظيف منزلنا

is relatively straightforward.

هو أمر بسيط نسبيًا.

We know exactly what they need to do,

نحن نعرف بالضبط ما يجب عليهم فعله،

and we can imagine the kind of situations they might find themselves in.

ويمكننا أن نتخيل نوع المواقف التي قد يجدون أنفسهم فيها.

So we design with this in mind.

لذلك نصمم مع وضع ذلك في الاعتبار.

But what if we want to send that robot to operate

ولكن ماذا لو أردنا إرسال هذا الروبوت ليعمل

in a place that we have little or even no knowledge about?

في مكان ليس لدينا سوى القليل من المعرفة أو حتى أي المعرفة عنه؟

For example, cleaning up legacy waste inside a nuclear reactor

على سبيل المثال، تنظيف النفايات القديمة داخل مفاعل نووي

where it's unsafe to send humans,

حيث يكون إرسال البشر غير آمن،

mining for minerals deep in a trench at the bottom of the ocean,

أو التنقيب عن المعادن في أعماق خندق في قاع المحيط،

or exploring a faraway asteroid.

أو استكشاف كويكب بعيد.

How frustrating would it be if the human-designed robot,

كم سيكون الأمر محبطًا إذا وجد الإنسان الآلي المصمم على يد الإنسان،

that had taken years to get to the asteroid

والذي استغرق سنوات للوصول إلى الكويكب

suddenly found it needed to drill a hole

فجأة، أنه بحاجة إلى حفر حفرة

to collect a sample or clamber up a cliff

لجمع عينة أو تسلق جرف

but it didn't have the right tools

ولكن لم يكن لديه الأدوات المناسبة

or the right means of locomotion to do so?

أو الأدوات المناسبة لوسائل الحركة للقيام بذلك؟

If instead we had a technology

إذا كان لدينا بدلاً من ذلك تقنية

that enabled the robots to be designed and optimized in situ,

مكنت الروبوتات من التصميم والتحسين في الموقع،

in the environment in which they need to live and work,

في البيئة التي يحتاجون فيها للعيش والعمل،

then we could potentially save years of wasted effort

فيمكننا عندئذٍ توفير سنوات من الجهد الضائع

and produce robots that are uniquely adapted

وإنتاج روبوتات تتكيف بشكل فريد

to the environments that they find themselves in.

مع البيئات التي يجدون أنفسهم فيها.

So to realize this technology, we've been turning to nature for help.

لذا لإدراك هذه التكنولوجيا، لجأنا إلى الطبيعة للحصول على المساعدة.

All around us,

في كل مكان حولنا،

we see examples of biological species

نرى أمثلة لأنواع بيولوجية

that have evolved smart adaptations

طورت تكيفات ذكية

that enable them to thrive in a given environment.

تمكنها من الازدهار في بيئة معينة.

For example, in the Cuban rainforest,

على سبيل المثال، في الغابة الكوبية المطيرة،

we find vines that have evolved leaves

نجد الكروم التي تطورت أوراقها

that are shaped like human-designed satellite dishes.

على شكل أطباق استقبال من صنع الإنسان.

These leaves direct bats to their flowers

هذا يترك الخفافيش مباشرة إلى أزهارها

by amplifying the signals that the bats send out,

عن طريق تضخيم الإشارات التي ترسلها الخفافيش،

therefore, improving pollination.

وبالتالي تحسين التلقيح.

What if we could create an artificial version of evolution

ماذا لو تمكنا من إنشاء نسخة مصطنعة من التطور

that would enable robots to evolve in a similar manner

من شأنها أن تمكن الروبوتات من التطور بطريقة مماثلة

as biological organisms?

للكائنات البيولوجية؟

I'm not talking about biomimicry,

أنا لا أتحدث عن المحاكاة الحيوية،

a technology which simply copies what's observed in nature.

وهي تقنية تقوم ببساطة بنسخ ما يتم ملاحظته في الطبيعة.

What we're hoping to harness is the creativity of evolution,

ما نأمل في تسخيره هو إبداع التطور،

to discover designs that are not observed here on Earth,

لاكتشاف التصميمات التي لم تتم ملاحظتها هنا على الأرض،

the human engineer might not have thought of

ربما لم يفكر المهندس البشري

or even be capable of conceiving.

أو حتى يكون قادرًا على تصورها.

In theory,

من الناحية النظرية،

this evolutionary design technology could operate completely autonomously

يمكن أن تعمل تقنية التصميم التطوري هذه بشكل مستقل تمامًا

in a faraway place.

في مكان بعيد.

But equally it could be guided by humans.

ولكن بنفس القدر يمكن أن يسترشد بها البشر.

Just as we breed plants for qualities such as drought resistance or taste,

مثلما نقوم بتربية النباتات لصفات مثل مقاومة الجفاف أو الذوق،

the human robot breeder could guide artificial evolution to producing robots

يمكن لمربي الإنسان الآلي أن يوجه التطور الاصطناعي لإنتاج روبوتات

with specific qualities.

ذات صفات محددة.

For example,

على سبيل المثال،

the ability to squeeze through a narrow gap

القدرة على الضغط من خلال فجوة ضيقة

or perhaps operate at low energy.

أو ربما تعمل بطاقة منخفضة.

This idea of artificial evolution imitating biological evolution

إن فكرة التطور الاصطناعي هذه التي تحاكي التطور البيولوجي

using a computer program

باستخدام برنامج كمبيوتر

to breed better and better solutions to problems over time

لتوليد حلول أفضل وأفضل للمشكلات بمرور الوقت

isn't actually new.

ليست جديدة في الواقع.

In fact, artificial evolution,

في الواقع، تم استخدام التطور الاصطناعي،

algorithms operating inside a computer,

الخوارزميات التي تعمل داخل الكمبيوتر،

have been used to design everything from tables to turbine blades.

لتصميم كل شيء من الطاولات إلى شفرات التوربينات.

Back in 2006,

في عام 2006،

NASA even sent a satellite into space with a communication antenna

أرسلت وكالة ناسا قمرًا صناعيًا إلى الفضاء بهوائي اتصالات

that had been designed by artificial evolution.

تم تصميمه عن طريق التطور الاصطناعي.

But evolving robots is actually much harder

لكن تطور الروبوتات هو في الواقع أصعب بكثير

than evolving passive objects such as tables,

من تطوير الأشياء السلبية مثل الطاولات،

because robots need brains as well as bodies

لأن الروبوتات تحتاج إلى أدمغة وكذلك أجساد

in order to make sense of the information in the world around them

من أجل فهم المعلومات الموجودة في العالم من حولهم

and translate that into appropriate behaviors.

وترجمتها إلى سلوكيات مناسبة.

So how do we do it?

إذًا كيف يمكننا فعل هذا؟

Surprisingly, evolution only needs three ingredients:

والمثير للدهشة أن التطور يحتاج فقط إلى ثلاثة مكونات:

a population of individuals which exhibit some physical variations;

مجموعة من الأفراد تظهر بعض الاختلافات الجسدية،

a method of reproduction

طريقة تكاثر

in which offspring inherit some traits from their parents

يرث فيها الأبناء بعض السمات من آبائهم

and occasionally acquire new ones via mutation;

ويكتسبون أحيانًا سمات جديدة عن طريق الطفرة؛

and finally, a means of natural selection.

وأخيرًا، وسيلة للانتقاء الطبيعي.

So we can replicate these three ingredients to evolve robots

حتى نتمكن من تكرار هذه المكونات الثلاثة لتطوير الروبوتات

using a mixture of hardware and software.

باستخدام مزيج من الأجهزة والبرامج.

The first task is to design a digital version of DNA.

المهمة الأولى هي تصميم نسخة رقمية من الحمض النووي.

That is a digital blueprint that describes the robot's brain, its body,

هذا مخطط رقمي يصف دماغ الروبوت وجسمه

its sensory mechanisms and its means of locomotion.

وآلياته الحسية ووسائل حركته.

Using a randomly generated set of these blueprints,

باستخدام مجموعة تم إنشاؤها عشوائيًا من هذه المخططات،

we can create an initial population of 10 or more robots

يمكننا إنشاء مجموعة أولية من 10 روبوتات أو أكثر

to kick-start this evolutionary process.

لبدء هذه العملية التطورية.

We've designed a technology that can take the digital blueprint

لقد صممنا تقنية يمكنها أخذ المخطط الرقمي

and turn it into a physical robot without any need for human assistance.

وتحويله إلى إنسان آلي فعلي دون الحاجة إلى مساعدة بشرية.

For example, it uses a 3D printer to print the skeleton of the robot

مثلاً، تستخدم طابعة ثلاثية الأبعاد لطباعة الهيكل العظمي للروبوت

and then an automated assembly arm like you might find in a factory

ثم ذراع التجميع الآلي كما قد تجده في مصنع

to add any electronics and moving parts,

لإضافة أي إلكترونيات وأجزاء متحركة،

including a small computer that acts as a brain.

بما في ذلك جهاز كمبيوتر صغير يعمل كعقل.

And to enable this brain to adapt to the new body of the robot,

ولتمكين هذا الدماغ من التكيف مع الجسم الجديد للروبوت،

we send every robot produced to an equivalent of a kindergarten,

نرسل كل روبوت يتم إنتاجه إلى ما يعادل روضة الأطفال،

a place where the newborn robot can refine its motor skills

وهو المكان الذي يمكن فيه للروبوت الوليد تحسين مهاراته الحركية

almost like a small child would.

تقريبًا مثل طفل صغير.

To mimic natural selection,

لتقليد الانتقاء الطبيعي،

we score these robots on the ability to conduct a task.

نقوم بتسجيل هذه الروبوتات على القدرة على القيام بمهمة ما.

And then we use these scores

ثم نستخدم هذه الدرجات

to selectively decide which robots get to reproduce.

لنقرر بشكل انتقائي أي الروبوتات يجب أن تتكاثر.

The reproduction mechanism

آلية التكاثر تمزج

mixes the digital DNA of the chosen parent robots

الحمض النووي الرقمي للروبوتات الأم المختارة

to create a new blueprint for a child robot

لإنشاء مخطط جديد لروبوت طفل

that inherits some of the characteristics from its parents

يرث بعض الخصائص من والديه

but occasionally also exhibits some new ones.

ولكنه يعرض أحيانًا بعض الخصائص الجديدة.

And by repeating the cycle of selection and reproduction over and over again,

ومن خلال تكرار دورة الانتقاء والتكاثر مرارًا وتكرارًا،

we hope that we can breed successive generations of robots

نأمل أن نتمكن من إنتاج أجيال متتالية من الروبوتات

where, just like is often observed in biological evolution,

حيث، تمامًا كما يتم ملاحظته غالبًا في التطور البيولوجي،

each generation gets better than the last,

يتحسن كل جيل عن السابق،

with the robots gradually optimizing their form and their behavior

مع قيام الروبوتات بتحسين شكلها تدريجيًا وسلوكهم

to the task and the environment that they find themselves in.

تجاه المهمة والبيئة التي يجدون أنفسهم فيها.

Now, although this can all take place

الآن، على الرغم من أن هذا يمكن أن يحدث

in a time frame that's much faster than biological evolution,

في إطار زمني أسرع بكثير من التطور البيولوجي،

which sometimes takes thousands of years,

والذي يستغرق أحيانًا آلاف السنين،

it's still relatively slow in terms of the time frames we might expect

إلا أنه لا يزال بطيئًا نسبيًا من حيث الإطار الوقتي التي قد نتوقعه

in our modern world

في عالمنا الحديث

to design and produce an artifact.

لتصميم وإنتاج تحفة فنية.

It's mainly due to the 3D printing process,

يرجع ذلك أساسًا إلى عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد،

which can take more than four hours per robot,

والتي يمكن أن تستغرق أكثر من أربع ساعات لكل روبوت،

depending on the complexity and the shape of the robot.

اعتمادًا على مدى تعقيد وشكل الروبوت.

But we can give our artificial evolutionary process a helping hand

ولكن يمكننا أن نمنح عملية التطور الاصطناعي الخاصة بنا يد العون

to reduce the number of physical robots that we actually need to make.

لتقليل عدد الروبوتات المادية التي نحتاج بالفعل إلى صنعها.

We create a digital copy of every robot produced

نقوم بإنشاء نسخة رقمية من كل روبوت يتم إنتاجه

inside a simulation in a computer,

داخل محاكاة في جهاز كمبيوتر،

and we allow this virtual population of robots to evolve.

ونسمح لهذه المجموعة الافتراضية من الروبوتات بالتطور.

Now it's quite likely that the simulation isn't a very accurate representation

من المحتمل الآن أن المحاكاة ليست تمثيلًا دقيقًا جدًا

of the real world.

للعالم الحقيقي.

But it has an advantage that it enables models of robots to be created

لكن لها ميزة أنها تتيح إنشاء نماذج من الروبوتات

and tested in seconds rather than hours.

واختبارها في ثوانٍ بدلاً من ساعات.

So using the simulator technology,

لذلك باستخدام تقنية المحاكاة،

we can quickly explore the potential of a wide range of robot types

يمكننا أن نستكشف بسرعة إمكانات مجموعة واسعة من أنواع الروبوتات

of different shapes and sizes, of different sensory configurations,

ذات الأشكال والأحجام المختلفة، والتكوينات الحسية المختلفة،

and quickly get a rough estimate of how useful each robot may be

وسرعان ما نحصل على تقدير تقريبي لمدى فائدة كل روبوت

before we physically make it.

قبل أن نصنعه فعليًا.

And we predict that by allowing a novel form of breeding

ونتوقع أنه من خلال السماح بنوع جديد من التكاثر

in which a physical robot can breed with one of its virtual cousins,

حيث يمكن للروبوت المادي أن يتكاثر مع أحد أبناء عمومته الافتراضيين،

then the useful traits that have been discovered in simulation

فإن السمات المفيدة التي تم اكتشافها في المحاكاة

will quickly spread into the physical robot population,

ستنتشر بسرعة في مجتمع الروبوت المادي،

where they can be further refined in situ.

حيث يمكن تحسينها بشكل أكبر فى الموقع.

It might sound like science fiction,

قد يبدو الأمر أشبه بالخيال العلمي،

but actually there's a serious point.

لكن في الواقع هناك نقطة جدية.

While we expect the technology that I've just described

بينما نتوقع أن تكون التكنولوجيا التي وصفتها للتو

to be useful in designing robots,

مفيدة في تصميم الروبوتات،

for example, to work in situations where it's unsafe to send humans

على سبيل المثال، للعمل في المواقف التي يكون فيها إرسال البشر غير آمن

or to help us pursue our scientific quest for exoplanetary exploration,

أو مساعدتنا في متابعة سعينا العلمي لاستكشاف الكواكب الخارجية،

there are some more pragmatic reasons

فهناك بعض الأسباب الواقعية وراء ذلك.

why we should consider artificial evolution.

يجب أن ننظر في التطور الاصطناعي.

As climate change gathers pace,

مع تسارع وتيرة تغير المناخ،

it is clear that we need a radical rethink

من الواضح أننا بحاجة إلى إعادة تفكير جذري

to our approach to robotic design here on Earth

في نهجنا للتصميم الآلي هنا على الأرض

in order to reduce that ecological footprint.

من أجل تقليل الأثر البيئي.

For example,

على سبيل المثال،

creating new designs of robot built from sustainable materials

إنشاء تصميمات جديدة للروبوت المبني من مواد مستدامة

that operate at low energy,

تعمل بطاقة منخفضة،

that are repairable and recyclable.

وقابلة للإصلاح وإعادة التدوير.

It's quite likely that this new generation of robots

من المحتمل جدًا ألا يبدو هذا الجيل الجديد من الروبوتات

won't look anything like the robots that we see around us today,

مثل الروبوتات التي نراها من حولنا اليوم،

but that's exactly why artificial evolution might help.

ولكن هذا هو بالضبط السبب في أن التطور الاصطناعي قد يساعد.

Discovering novel designs by processes that are unfettered by the constraints

اكتشاف تصميمات جديدة من خلال العمليات التي لا تقيدها القيود

that our own understanding of engineering science

التي يفرضها فهمنا لعلوم الهندسة

imposes on the design process.

على عملية التصميم.

Thank you.

شكرًا لكم.

(Applause)

(تصفيق)