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

תרגום: zeeva livshitz עריכה: Ido Dekkers

Imagine a scientist

דמיינו לעצמכם מדענית

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

שרוצה לשלוח רובוט לחקור במקום רחוק,

a place whose geography might be completely unknown

למקום שהגיאוגרפיה שלו עשויה להיות בלתי ידועה לחלוטין

and perhaps inhospitable.

ואולי לא מסבירת פנים.

Now imagine that instead of first designing that robot

עכשיו דמיינו שבמקום התכנון הראשון של הרובוט הזה

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

ושליחתו בתקווה שהוא עשוי להתאים,

instead, she sends a robot-producing technology

במקום זה, היא שולחת טכנולוגיה לייצור רובוטים

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

שמגלה איזה סוג של רובוט נחוץ ברגע שהוא מגיע,

builds it and then enables it to continue to evolve

בונה אותו ואז מאפשרת לו להמשיך ולהתפתח

to adapt to its new surroundings.

כדי להסתגל לסביבתו החדשה.

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

זה בדיוק מה שמשתפי הפעולה שלי ואני עובדים עליו:

a radical new technology which enables robots to be created,

טכנולוגיה חדשה רדיקלית המאפשרת ליצור רובוטים,

reproduce and evolve over long periods of time,

להתרבות ולהתפתח על פני פרקי זמן ארוכים,

a technology where robot design and fabrication becomes a task

טכנולוגיה שבה עיצוב וייצור רובוט הופכים למשימה

for machines rather than humans.

למכונות ולא לבני אדם.

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

רובוטים כבר נמצאים סביבנו, במפעלים, בבתי חולים, בבית שלנו.

But from an engineer's perspective,

אבל מנקודת מבט של מהנדס,

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

תכנון רובוט לערום מדף או רומבה לנקות את הבית שלנו

is relatively straightforward.

הוא פשוט יחסית.

We know exactly what they need to do,

אנחנו יודעים בדיוק מה הם צריכים לעשות,

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

ואנחנו יכולים לדמיין את סוג המצבים שהם עלולים למצוא בהם את עצמם.

So we design with this in mind.

אז אנחנו מעצבים עם לקיחת הדבר בחשבון.

But what if we want to send that robot to operate

אבל מה אם נרצה לשלוח את הרובוט הזה לפעול

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

במקום שיש לנו מעט או אפילו אין בכלל ידע לגביו?

For example, cleaning up legacy waste inside a nuclear reactor

לדוגמה ניקוי פסולת ישנה בתוך כור גרעיני

where it's unsafe to send humans,

במקום שלא בטוח לשלוח בני אדם,

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

כרייה של מינרלים עמוק בתעלה בקרקעית האוקיינוס,

or exploring a faraway asteroid.

או לחקור אסטרואיד רחוק.

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

כמה מתסכל זה יהיה אם הרובוט שתוכנן על ידי אדם,

that had taken years to get to the asteroid

ושלקח שנים להגיע לאסטרואיד

suddenly found it needed to drill a hole

פתאום מצא שצריך לקדוח חור

to collect a sample or clamber up a cliff

כדי לאסוף דגימה או לטפס במעלה צוק

but it didn't have the right tools

אבל לא היו לו את הכלים הנכונים

or the right means of locomotion to do so?

או את אמצעי התנועה הנכונים לעשות זאת?

If instead we had a technology

אם במקום זה הייתה לנו טכנולוגיה

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

שאיפשרה לעצב את הרובוטים ולמטב אותם באתר,

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

בסביבה שבה הם צריכים לחיות ולעבוד,

then we could potentially save years of wasted effort

אז היינו יכולים בפוטנציה לחסוך שנים של מאמץ מבוזבז

and produce robots that are uniquely adapted

ולייצר רובוטים המותאמים באופן ייחודי

to the environments that they find themselves in.

לסביבות שבהן הם מוצאים את עצמם בהן.

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

אז כדי לממש את הטכנולוגיה הזו, פנינו לטבע לעזרה.

All around us,

בכל מקום מסביבנו,

we see examples of biological species

אנו רואים דוגמאות של מינים ביולוגיים

that have evolved smart adaptations

שפיתחו התאמות חכמות

that enable them to thrive in a given environment.

שמאפשרות להם לשגשג בסביבה נתונה.

For example, in the Cuban rainforest,

לדוגמה, ביער הגשם הקובני,

we find vines that have evolved leaves

אנו מוצאים גפנים שפיתחו עלים

that are shaped like human-designed satellite dishes.

המעוצבים כמו צלחות לווין בעיצוב אנושי.

These leaves direct bats to their flowers

עלים אלו מכוונים עטלפים אל הפרחים שלהם

by amplifying the signals that the bats send out,

על ידי הגברת האותות שהעטלפים שולחים החוצה,

therefore, improving pollination.

וכך, משפרים את ההאבקה.

What if we could create an artificial version of evolution

מה אם היינו יכולים ליצור גרסה מלאכותית של אבולוציה

that would enable robots to evolve in a similar manner

שתאפשר לרובוטים להתפתח בצורה דומה

as biological organisms?

כאורגניזמים ביולוגיים?

I'm not talking about biomimicry,

אני לא מדברת על ביומימיקרי (חיקוי לטבע),

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

טכנולוגיה שפשוט מעתיקה את מה שנצפה בטבע.

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

מה שאנחנו מקווים זה לרתום את היצירתיות של האבולוציה,

to discover designs that are not observed here on Earth,

לגלות עיצובים שלא נצפים כאן על כדור הארץ,

the human engineer might not have thought of

שהמהנדס האנושי אולי לא חשב עליהם

or even be capable of conceiving.

או אפילו לא יכל להיות מסוגל להרות אותם.

In theory,

בתיאוריה,

this evolutionary design technology could operate completely autonomously

טכנולוגיית עיצוב אבולוציונית זו יכולה לפעול באופן אוטונומי לחלוטין

in a faraway place.

במקום רחוק. אבל באותה מידה

But equally it could be guided by humans.

זה יכול להיות מונחה על ידי בני אדם.

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

בדיוק כפי שאנו מגדלים צמחים עבור איכויות כגון עמידות לבצורת או לטעם,

the human robot breeder could guide artificial evolution to producing robots

מגדל הרובוטים האנושי יכול להדריך אבולוציה מלאכותית לייצור רובוטים

with specific qualities.

עם איכויות ספציפיות.

For example,

לדוגמה,

the ability to squeeze through a narrow gap

היכולת להידחק דרך פירצה צרה

or perhaps operate at low energy.

או אולי לפעול באנרגיה נמוכה.

This idea of artificial evolution imitating biological evolution

הרעיון הזה של אבולוציה מלאכותית, חיקוי אבולוציה ביולוגית

using a computer program

באמצעות תוכנת מחשב

to breed better and better solutions to problems over time

להצמיח עם הזמן פתרונות טובים יותר ויותר לבעיות

isn't actually new.

אינו חדש למעשה.

In fact, artificial evolution,

למעשה, אבולוציה מלאכותית,

algorithms operating inside a computer,

אלגוריתמים הפועלים בתוך מחשב,

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

שימשו לעיצוב הכל משולחנות ועד להבי טורבינה.

Back in 2006,

עוד בשנת 2006,

NASA even sent a satellite into space with a communication antenna

נאס“א אפילו שלחה לוויין לחלל עם אנטנת תקשורת

that had been designed by artificial evolution.

שעוצבה על ידי אבולוציה מלאכותית.

But evolving robots is actually much harder

אבל רובוטים מתפתחים זה למעשה הרבה יותר קשה

than evolving passive objects such as tables,

מאשר אובייקטים פסיביים מתפתחים כמו שולחנות,

because robots need brains as well as bodies

כי רובוטים צריכים מוח כמו גם גוף

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

כדי להבין את המידע בעולם הסובב אותם

and translate that into appropriate behaviors.

ולתרגם את זה להתנהגויות מתאימות.

So how do we do it?

אז איך עושים את זה?

Surprisingly, evolution only needs three ingredients:

באופן מפתיע, האבולוציה צריכה רק שלושה מרכיבים:

a population of individuals which exhibit some physical variations;

אוכלוסיית יחידים אשר מציגה כמה וריאציות פיזיות;

a method of reproduction

שיטת רבייה

in which offspring inherit some traits from their parents

שבה צאצאים יורשים כמה תכונות מהוריהם

and occasionally acquire new ones via mutation;

ומדי פעם רוכשים חדשות באמצעות מוטציה;

and finally, a means of natural selection.

ולבסוף, אמצעים לברירה טבעית.

So we can replicate these three ingredients to evolve robots

כך שאנחנו יכולים לשחזר את שלושת המרכיבים לפיתוח רובוטים

using a mixture of hardware and software.

באמצעות שילוב של חומרה ותוכנה.

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

המשימה הראשונה היא לעצב גרסה דיגיטלית של DNA.

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

שזו תוכנית דיגיטלית שמתארת את המוח של הרובוט, הגוף שלו,

its sensory mechanisms and its means of locomotion.

מנגנוני החישה שלו ואמצעי התנועה שלו.

Using a randomly generated set of these blueprints,

תוך שימוש בסט של שרטוטים אלה שנוצרים באקראי,

we can create an initial population of 10 or more robots

אנחנו יכולים ליצור אוכלוסייה ראשונית של 10 רובוטים או יותר

to kick-start this evolutionary process.

כדי להניע את התהליך האבולוציוני הזה.

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

תכננו טכנולוגיה שיכולה לקחת את התוכנית הדיגיטלית

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

ולהפוך אותה לרובוט פיזי ללא כל צורך בסיוע אנושי.

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

לדוגמה, שימוש במדפסת תלת מימד כדי להדפיס את השלד של הרובוט

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

ולאחר מכן זרוע הרכבה אוטומטית כמו שאתם עשויים למצוא במפעל

to add any electronics and moving parts,

כדי להוסיף אלקטרוניקה כלשהי וחלקים נעים,

including a small computer that acts as a brain.

כולל מחשב קטן שפועל כמו מוח.

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

וכדי לאפשר למוח הזה להסתגל לגוף החדש של הרובוט,

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

אנחנו שולחים כל רובוט שיוצר למעין גן ילדים,

a place where the newborn robot can refine its motor skills

מקום שבו הרובוט הנולד יכול לחדד את הכישורים המוטוריים שלו

almost like a small child would.

כמעט כמו שילד קטן היה עושה.

To mimic natural selection,

כדי לחקות את הברירה הטבעית,

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

אנחנו מדרגים את הרובוטים האלה על פי היכולת לבצע משימה.

And then we use these scores

ואז אנחנו משתמשים בציונים האלה

to selectively decide which robots get to reproduce.

כדי להחליט באופן סלקטיבי אילו רובוטים זוכים להתרבות.

The reproduction mechanism

מנגנון הרבייה

mixes the digital DNA of the chosen parent robots

מערבב את ה-DNA הדיגיטלי של הרובוט ההורה שנבחר

to create a new blueprint for a child robot

כדי ליצור תוכנית חדשה עבור רובוט ילד

that inherits some of the characteristics from its parents

שיורש חלק מהמאפיינים מהוריו

but occasionally also exhibits some new ones.

אבל מדי פעם גם מציג כמה חדשים.

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

ועל ידי חזרה על מחזור הסלקציה והרבייה שוב ושוב,

we hope that we can breed successive generations of robots

אנו מקווים שנוכל להרבות דורות רצופים של רובוטים

where, just like is often observed in biological evolution,

היכן, בדיוק כמו שנצפה לעתים קרובות באבולוציה ביולוגית,

each generation gets better than the last,

כל דור משתפר מקודמו.

with the robots gradually optimizing their form and their behavior

כשהרובוטים עושים אופטימיזציה הדרגתית של צורתם והתנהגותם

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

למשימה ולסביבה שבהן הם מוצאים את עצמם.

Now, although this can all take place

עכשיו, למרות שכל זה יכול להתרחש

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

בטווח זמן שהוא הרבה יותר מהיר מאשר אבולוציה ביולוגית,

which sometimes takes thousands of years,

שלפעמים לוקחת אלפי שנים,

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

זה עדיין איטי יחסית במונחים של מסגרות הזמן שאנו עשויים לצפות להן

in our modern world

בעולם המודרני שלנו

to design and produce an artifact.

לעצב ולייצר חפץ.

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

זה בעיקר עקב תהליך הדפסת תלת מימד,

which can take more than four hours per robot,

שיכול לקחת יותר מארבע שעות לכל רובוט,

depending on the complexity and the shape of the robot.

בהתאם למורכבות ולצורת הרובוט.

But we can give our artificial evolutionary process a helping hand

אבל אנחנו יכולים לתת לתהליך האבולוציוני המלאכותי שלנו יד מסייעת

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

כדי לצמצם את מספר הרובוטים הפיזיים שאנחנו בעצם צריכים לייצר.

We create a digital copy of every robot produced

אנו יוצרים עותק דיגיטלי מכל רובוט שיוצר

inside a simulation in a computer,

בתוך סימולציה במחשב,

ומאפשרים לאוכלוסיית הרובוטים הווירטואלית הזו להתפתח.

and we allow this virtual population of robots to evolve.

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

זה די סביר שהסימולציה אינה ייצוג מדויק במיוחד

of the real world.

של העולם האמיתי.

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

אבל יש לזה יתרון שהיא מאפשרת למודלים של רובוטים להיווצר

and tested in seconds rather than hours.

ולהיבדק בשניות ולא בשעות.

So using the simulator technology,

אז באמצעות טכנולוגיית הסימולטור,

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

נוכל לחקור במהירות את הפוטנציאל של מגוון רחב של סוגי רובוטים

of different shapes and sizes, of different sensory configurations,

בצורות וגדלים שונים, של תצורות חושיות שונות,

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

ולקבל במהירות הערכה גסה עד כמה כל רובוט יכול להיות שימושי

before we physically make it.

לפני שמייצרים אותו פיזית.

And we predict that by allowing a novel form of breeding

ואנחנו חוזים שעל ידי התרת צורה חדשה של רבייה

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

שבה רובוט פיזי יכול להתרבות עם אחד מבני הדודים הווירטואליים שלו,

then the useful traits that have been discovered in simulation

ואז התכונות השימושיות שהתגלו בסימולציה

will quickly spread into the physical robot population,

יתפשטו במהירות לתוך אוכלוסיית הרובוטים הפיזיים,

where they can be further refined in situ.

ששם ניתן לעדן אותם עוד יותר במקומם המתאים.

It might sound like science fiction,

זה אולי נשמע כמו מדע בדיוני,

but actually there's a serious point.

אבל בעצם יש נקודה רצינית.

While we expect the technology that I've just described

בעוד אנו מצפים שהטכנולוגיה שזה עתה תיארתי

to be useful in designing robots,

תהיה שימושית בעיצוב רובוטים,

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

למשל, לעבוד במצבים שלשם לא בטוח לשלוח בני אדם

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

או לעזור לנו להמשיך במסע המדעי שלנו לחקר אקסופלנטרי,

there are some more pragmatic reasons

יש כמה סיבות פרגמטיות יותר

why we should consider artificial evolution.

מדוע עלינו לשקול אבולוציה מלאכותית.

As climate change gathers pace,

ככל ששינויי האקלים מתגברים,

it is clear that we need a radical rethink

ברור שאנחנו צריכים חשיבה מחדש רדיקלית

to our approach to robotic design here on Earth

לגישה שלנו לעיצוב רובוטי כאן על כדור הארץ

in order to reduce that ecological footprint.

במטרה להפחית את טביעת הרגל האקולוגית הזו.

For example,

לדוגמה

creating new designs of robot built from sustainable materials

יצירת עיצובים חדשים של רובוטים בנויים מחומרים בני קיימא

that operate at low energy,

שפועלים באנרגיה נמוכה,

that are repairable and recyclable.

הניתנים לתיקון ולמיחזור.

It's quite likely that this new generation of robots

די סביר שדור חדש זה של רובוטים

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

לא ייראה כמו הרובוטים שאנו רואים סביבנו היום,

but that's exactly why artificial evolution might help.

אבל זו בדיוק הסיבה שאבולוציה מלאכותית עשויה לעזור.

Discovering novel designs by processes that are unfettered by the constraints

גילוי עיצובים חדשים לפי תהליכים שאינם מוגבלים על ידי האילוצים

that our own understanding of engineering science

שההבנה שלנו של מדע ההנדסה

imposes on the design process.

כופה על תהליך העיצוב.

Thank you.

תודה.

(Applause)

מחיאות כפיים