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

Traduttore: Gabriella Patricola Revisore: Chiara Polesinanti

Imagine a scientist

Immaginate uno scienziato

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

che voglia inviare un robot a esplorare un luogo remoto,

a place whose geography might be completely unknown

un luogo dalla geografia sconosciuta

and perhaps inhospitable.

e forse anche inospitale.

Now imagine that instead of first designing that robot

Adesso immaginate che invece di progettare quel robot

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

e spedirlo con la speranza che possa essere adeguato,

instead, she sends a robot-producing technology

spedisca una tecnologia che produce robot

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

che capisca all’arrivo quale genere di robot servirà,

builds it and then enables it to continue to evolve

lo costruisca e gli consenta di continuare a evolversi

to adapt to its new surroundings.

per adattarsi al nuovo ambiente.

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

Questo è ciò a cui sto lavorando insieme ai miei collaboratori:

a radical new technology which enables robots to be created,

una tecnologia innovativa che permetta ai robot di essere creati,

reproduce and evolve over long periods of time,

di riprodursi e di evolversi per un lungo periodo di tempo,

a technology where robot design and fabrication becomes a task

una tecnologia dove la progettazione e la fabbricazione

for machines rather than humans.

diventino una mansione delle macchine e non più degli esseri umani.

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

I robot sono già tra noi, nelle fabbriche, negli ospedali e nelle nostre case.

But from an engineer's perspective,

Ma da un punto di vista ingegneristico,

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

la progettazione di un robot magazziniere o di un aspirapolvere per la casa

is relatively straightforward.

è relativamente semplice.

We know exactly what they need to do,

Sappiamo esattamente cosa devono fare,

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

e possiamo anche ipotizzare lo scenario in cui opereranno.

So we design with this in mind.

Progettiamo con queste informazioni.

But what if we want to send that robot to operate

Ma se volessimo inviare questo robot

a lavorare in un luogo che conosciamo poco o addirittura per niente?

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

For example, cleaning up legacy waste inside a nuclear reactor

Ad esempio a eliminare rifiuti radioattivi in un reattore nucleare

where it's unsafe to send humans,

dove è pericoloso inviare esseri umani,

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

a cercare minerali in una fossa in fondo all’oceano,

or exploring a faraway asteroid.

o a esplorare un asteroide nello spazio.

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

Quanto sarebbe frustrante se un robot progettato dall’uomo,

that had taken years to get to the asteroid

che ha impiegato anni per raggiungere l’asteroide,

suddenly found it needed to drill a hole

all’improvviso dovesse scavare una buca per raccogliere dei campioni

to collect a sample or clamber up a cliff

o superare una collina

but it didn't have the right tools

ma non avesse gli strumenti o mezzi di locomozione adatti per farlo?

or the right means of locomotion to do so?

If instead we had a technology

Se invece avessimo una tecnologia

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

che rendesse possibile progettare e ottimizzare i robot in situ,

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

nell’ambiente dove dovranno vivere e lavorare,

then we could potentially save years of wasted effort

potremmo potenzialmente risparmiare anni di lavoro inutile

and produce robots that are uniquely adapted

e produrre robot che si adattino unicamente all’ambiente in cui si trovano.

to the environments that they find themselves in.

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

Per realizzare questa tecnologia, abbiamo chiesto aiuto alla natura.

All around us,

Intorno a noi,

we see examples of biological species

vediamo esempi di specie biologiche

that have evolved smart adaptations

che hanno sviluppato adattamenti

that enable them to thrive in a given environment.

che permetteno loro di prosperare in un dato ambiente.

For example, in the Cuban rainforest,

Per esempio, nella foresta pluviale cubana,

we find vines that have evolved leaves

ci sono rampicanti che hanno sviluppato foglie

that are shaped like human-designed satellite dishes.

con una forma simile a quella delle parabole satellitari.

These leaves direct bats to their flowers

Queste foglie guidano i pipistrelli verso i loro fiori

by amplifying the signals that the bats send out,

amplificando il suono emesso dai pipistrelli,

therefore, improving pollination.

aumentando così l’impollinazione.

What if we could create an artificial version of evolution

Cosa accadrebbe se potessimo creare una versione artificiale dell’evoluzione

that would enable robots to evolve in a similar manner

che permettesse ai robot di evolversi come gli organismi biologici?

as biological organisms?

I'm not talking about biomimicry,

Non sto parlando di biomimetismo,

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

una tecnologia che semplicemente mima quanto osservato in natura.

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

Quello che speriamo di sfruttare è la creatività dell’evoluzione,

to discover designs that are not observed here on Earth,

per scoprire modelli che non si vedono qui sulla Terra,

the human engineer might not have thought of

a cui gli ingegneri non hanno pensato

or even be capable of conceiving.

o che non sono in grado di concepire.

In theory,

In teoria,

this evolutionary design technology could operate completely autonomously

tale tecnologia di progettazione evolutiva potrebbe operare autonomamente

in a faraway place.

in un luogo remoto.

But equally it could be guided by humans.

Ma potrebbe anche essere guidata dall’uomo.

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

Come incrociamo le piante

a favore di qualità quali il sapore o la resistenza alla siccità,

the human robot breeder could guide artificial evolution to producing robots

allo stesso modo si potrebbe guidare un’evoluzione artificiale

per produrre robot con qualità specifiche.

with specific qualities.

For example,

Per esempio,

the ability to squeeze through a narrow gap

la capacità di restringersi in un cunicolo

or perhaps operate at low energy.

o magari di lavorare risparmiando energia.

This idea of artificial evolution imitating biological evolution

Questa idea dell’evoluzione artificiale che imita l’evoluzione biologica

using a computer program

usando un software

to breed better and better solutions to problems over time

per selezionare nel tempo soluzioni sempre più raffinate

isn't actually new.

non è nuova.

In fact, artificial evolution,

In realtà, l’evoluzione artificiale,

algorithms operating inside a computer,

algoritmi che operano in computer,

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

sono stati usati per progettare di tutto, dai tavoli alle pale delle turbine.

Back in 2006,

Nel 2016,

NASA even sent a satellite into space with a communication antenna

la NASA ha lanciato in orbita un satellite con un’antenna di comunicazione

that had been designed by artificial evolution.

che è stata progettata grazie all’evoluzione artificiale.

But evolving robots is actually much harder

Ma l’evoluzione di robot è decisamente più complicata

than evolving passive objects such as tables,

dell’evoluzione di oggetti passivi come i tavoli,

because robots need brains as well as bodies

perché un robot ha bisogno di un cervello oltre che di un corpo

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

per poter decodificare le informazioni che gli vengono fornite dall’ambiente

and translate that into appropriate behaviors.

e tradurle in comportamenti appropriati.

So how do we do it?

Quindi, come possiamo fare?

Surprisingly, evolution only needs three ingredients:

Sorprendentemente, l’evoluzione ha bisogno soltanto di tre fattori:

a population of individuals which exhibit some physical variations;

una popolazione di individui che esibiscano delle varianti fisiche;

a method of reproduction

un metodo di riproduzione

in which offspring inherit some traits from their parents

in cui si possano ereditare alcuni tratti genitoriali

and occasionally acquire new ones via mutation;

e occasionalmente acquisirne di nuovi attraverso una mutazione;

and finally, a means of natural selection.

e, infine, un mezzo di selezione naturale.

So we can replicate these three ingredients to evolve robots

Possiamo replicare questi tre fattori per l’evoluzione dei robot

using a mixture of hardware and software.

usando un insieme di hardware e software.

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

Il primo compito è quello di progettare una versione digitale del DNA,

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

ossia un progetto digitale che descriva il cervello del robot, il suo corpo,

its sensory mechanisms and its means of locomotion.

i meccanismi sensoriali e i suoi mezzi di locomozione.

Using a randomly generated set of these blueprints,

Usando un insieme di questi progetti generato casualmente

we can create an initial population of 10 or more robots

possiamo creare una popolazione iniziale di 10 o più robot

to kick-start this evolutionary process.

per avviare il processo evolutivo.

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

Abbiamo progettato una tecnologia che può prendere il progetto digitale

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

e costruire un robot materiale senza l’aiuto di un essere umano.

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

Per esempio, usa una stampante 3D per costruire lo scheletro del robot

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

e dopo un braccio di assemblaggio automatico come quelli delle fabbriche

to add any electronics and moving parts,

per aggiungere parti elettroniche e movibili,

including a small computer that acts as a brain.

incluso un piccolo computer che funziona come un cervello.

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

Per rendere questo cervello capace di adattarsi al nuovo corpo del robot,

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

spediamo ogni robot prodotto in una specie di asilo,

a place where the newborn robot can refine its motor skills

un posto dove i neonati robot possano raffinare le loro abilità motorie.

almost like a small child would.

proprio come farebbe un bambino.

To mimic natural selection,

Per mimare la selezione naturale,

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

valutiamo questi robot nella loro abilità di svolgere dei compiti.

And then we use these scores

Dopo utilizziamo questi punteggi

to selectively decide which robots get to reproduce.

per selezionare quali robot devono riprodursi.

The reproduction mechanism

Il meccanismo di riproduzione

mixes the digital DNA of the chosen parent robots

unisce il DNA digitale dei robot scelti come genitori

to create a new blueprint for a child robot

per creare un nuovo progetto di un robot figlio

that inherits some of the characteristics from its parents

che eredita alcune caratteristiche dai suoi genitori

but occasionally also exhibits some new ones.

ma, occasionalmente, riesce anche ad esibirne di nuove.

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

Ripetendo il ciclo di selezione e riproduzione più e più volte,

we hope that we can breed successive generations of robots

noi speriamo di produrre generazioni di robot successive

where, just like is often observed in biological evolution,

in cui, proprio come si osserva nell’evoluzione biologica,

each generation gets better than the last,

ciascuna generazione sia migliore della precedente,

with the robots gradually optimizing their form and their behavior

con i robot che gradualmente ottimizzano la forma e il comportamento

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

per i compiti dettati dall’ambiente in cui si trovano.

Now, although this can all take place

Anche se questo processo può avvenire

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

in un lasso di tempo molto più breve rispetto all’evoluzione biologica,

which sometimes takes thousands of years,

la quale spesso richiede migliaia di anni,

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

è comunque ancora lento rispetto all’intervallo di tempo atteso

in our modern world

nel mondo moderno

to design and produce an artifact.

per progettare e costruire un manufatto.

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

Ciò è dovuto principalmente alla stampa in 3D

which can take more than four hours per robot,

che può richiedere più di quattro ore per robot,

depending on the complexity and the shape of the robot.

in base alla complessità e alla forma del robot.

But we can give our artificial evolutionary process a helping hand

Ma possiamo dare una mano al processo evolutivo artificiale

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

per ridurre il numero dei robot materiali che dobbiamo effettivamente produrre.

We create a digital copy of every robot produced

Creiamo una copia digitale di ciascuno dei robot prodotti

inside a simulation in a computer,

in una simulazione al computer

and we allow this virtual population of robots to evolve.

e permettiamo l’evoluzione di questa popolazione virtuale di robot.

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

È molto probabile che questa simulazione non sia una corretta rappresentazione

of the real world.

del mondo reale.

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

Ma ha un vantaggio

che permette ai prototipi di essere creati e testati

and tested in seconds rather than hours.

in pochi secondi anziché in ore.

So using the simulator technology,

Quindi, utilizzando una simulazione,

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

possiamo esplorare in poco tempo il potenziale di una vasta gamma di robot

of different shapes and sizes, of different sensory configurations,

che hanno forme e taglie diverse, con diverse configurazioni sensoriali,

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

e possiamo stimare in poco tempo l’utilità di ciascun robot,

before we physically make it.

prima della produzione vera e propria.

And we predict that by allowing a novel form of breeding

E prevediamo che permettendo una nuova forma di incrocio

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

in cui un robot materiale possa incrociarsi con un cugino virtuale,

then the useful traits that have been discovered in simulation

allora i tratti utili scoperti durante la simulazione

will quickly spread into the physical robot population,

si diffonderanno in poco tempo nella popolazione di robot materiali,

where they can be further refined in situ.

dove possono essere ulteriormente migliorati in situ.

It might sound like science fiction,

Potrebbe sembrarvi fantascienza,

but actually there's a serious point.

ma è veramente una questione molto seria.

While we expect the technology that I've just described

Crediamo che la tecnologia che ho appena descritto

to be useful in designing robots,

sarà utile per progettare robot,

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

per esempio, da far lavorare in situazioni dove è pericoloso inviare esseri umani,

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

o per aiutarci a proseguire la ricerca e l’esplorazione di esopianeti,

there are some more pragmatic reasons

ma ci sono ragioni più pragmatiche

why we should consider artificial evolution.

per cui dovremmo studiare l’evoluzione artificiale.

As climate change gathers pace,

Poiché il cambiamento climatico accelera,

it is clear that we need a radical rethink

è chiaro che dobbiamo ripensare

to our approach to robotic design here on Earth

il nostro approccio alla robotica sulla Terra

in order to reduce that ecological footprint.

al fine di ridurre l’impronta ecologica.

For example,

Per esempio,

creating new designs of robot built from sustainable materials

creando nuovi robot costruiti con materiale sostenibili

that operate at low energy,

che funzionino con risparmio energetico

that are repairable and recyclable.

che siano riparabili e riciclabili.

It's quite likely that this new generation of robots

È molto probabile che questa nuova generazione di robot

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

non assomiglierà a nessuno dei robot che vediamo attualmente,

but that's exactly why artificial evolution might help.

ma proprio per questo l’evoluzione artificiale potrebbe aiutare,

Discovering novel designs by processes that are unfettered by the constraints

scoprendo nuovi progetti mediante processi che sono liberi dai vincoli

that our own understanding of engineering science

che la nostra comprensione delle scienze ingegneristiche

imposes on the design process.

impone al processo di progettazione.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)