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

Translator: Dinh Lieu Vu Reviewer: Ai Van Tran

Imagine a scientist

Hình dung một nhà khoa học

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

muốn gửi người máy tới một nơi xa xôi,

a place whose geography might be completely unknown

một nơi mà bề mặt địa lý hoàn toàn chưa được biết đến

and perhaps inhospitable.

hoặc con người không thể trú ngụ được.

Now imagine that instead of first designing that robot

Và thay vì thiết kế người máy

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

và gửi nó đi với hy vọng rằng nó có thể thích nghi,

instead, she sends a robot-producing technology

cô ấy sẽ gửi đi một công nghệ sản xuất người máy

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

công nghệ này biết được kiểu người máy phù hợp,

builds it and then enables it to continue to evolve

chế tạo và cho phép chúng tiến hóa

to adapt to its new surroundings.

để thích nghi với môi trường xung quanh.

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

Đó chính xác là điều mà tôi cùng cộng sự đang nghiên cứu:

a radical new technology which enables robots to be created,

một công nghệ hoàn toàn mới cho phép người máy chế tạo,

reproduce and evolve over long periods of time,

nhân bản và tiến hóa theo thời gian,

a technology where robot design and fabrication becomes a task

một công nghệ giúp việc thiết kế và chế tạo người máy

for machines rather than humans.

trở thành công việc của máy móc thay cho con người.

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

Người máy xuất hiện xung quanh chúng ta, trong nhà máy, bệnh viện hay nhà ở.

But from an engineer's perspective,

Nhưng từ khía cạnh kĩ thuật,

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

việc thiết kế một người máy xếp đồ

hay như máy hút bụi Roomba

is relatively straightforward.

khá là đơn giản.

We know exactly what they need to do,

Chúng ta biết chính xác những gì chúng cần làm,

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

mường tượng ra cách mà chúng sẽ hoạt động.

So we design with this in mind.

Vì đó là ý tưởng của chúng ta.

But what if we want to send that robot to operate

Nhưng sẽ ra sao nếu gửi đi một người máy vận hành

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

ở một nơi mà chúng ta ít hiểu biết hoặc thậm chí không biết gì?

For example, cleaning up legacy waste inside a nuclear reactor

Ví dụ, việc dọn dẹp chất thải tàn dư bên trong lò phản ứng hạt nhân

where it's unsafe to send humans,

là một công việc nguy hiểm,

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

khai thác khoáng chất ở rãnh sâu bên dưới lòng đại dương

or exploring a faraway asteroid.

hay thám hiểm một tiểu hành tinh xa xôi.

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

Sẽ nản lòng biết bao nếu người máy được thiết kế bởi con người,

that had taken years to get to the asteroid

phải mất tới hàng năm để tới một tiểu hành tinh,

suddenly found it needed to drill a hole

thực hiện khoan để lấy mẫu vật

to collect a sample or clamber up a cliff

hay leo lên một vách đá

but it didn't have the right tools

nhưng không có dụng cụ phù hợp,

or the right means of locomotion to do so?

phù hợp ở đây tức là sự vận động?

If instead we had a technology

Nếu có trong tay công nghệ

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

mà cho phép người máy được thiết kế và tối ưu tại chỗ,

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

ngay chính trong môi trường mà chúng cần tồn tại và làm việc,

then we could potentially save years of wasted effort

thì có thể chúng ta sẽ tiết kiệm công sức hàng năm trời

and produce robots that are uniquely adapted

chỉ để sản xuất người máy mà thích nghi

to the environments that they find themselves in.

duy nhất ở trên một môi trường.

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

Để hiểu rõ được công nghệ này, chúng ta sẽ nhờ thiên nhiên giúp đỡ.

All around us,

Xung quanh ta,

we see examples of biological species

những loài sinh vật

that have evolved smart adaptations

đã tiến hóa thông minh để thích nghi

that enable them to thrive in a given environment.

cho phép chúng sinh trưởng trong một môi trường sẵn có.

For example, in the Cuban rainforest,

Ví dụ như, ở rừng nhiệt đới Cuba,

we find vines that have evolved leaves

những cây nho có lá đã phát triển

that are shaped like human-designed satellite dishes.

với hình dạng như loại đĩa vệ tinh do con người chế tạo.

These leaves direct bats to their flowers

Những chiếc lá này thu hút loài dơi

by amplifying the signals that the bats send out,

nhờ khuyết đại tín hiệu mà loài dơi gửi đi,

therefore, improving pollination.

từ đó, cải thiện việc thụ phấn.

What if we could create an artificial version of evolution

Sẽ thế nào nếu có thể tạo ra một phiên bản nhân tạo

that would enable robots to evolve in a similar manner

có thể tiến hóa mà cho phép người máy thích nghi

as biological organisms?

như các sinh thể sống?

I'm not talking about biomimicry,

Ý tôi không phải là thiết kế sinh học,

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

một công nghệ nhân bản thứ mà ta quan sát được từ thiên nhiên.

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

Mà là ý tưởng cầm nắm sự sáng tạo nhờ tiến hóa,

to discover designs that are not observed here on Earth,

để khám phá những điều chưa từng có ở trên Trái Đất,

the human engineer might not have thought of

khi mà các kỹ sư chưa thể hình dung

or even be capable of conceiving.

hay thậm chí là không thể hiểu được.

In theory,

Về lý thuyết,

this evolutionary design technology could operate completely autonomously

công nghệ thiết kế tiến hóa này có thể vận hành hoàn toàn tự động

in a faraway place.

ở nơi nào đó xa xôi.

But equally it could be guided by humans.

Nhưng cũng có thể được chỉ dẫn bởi con người.

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

Như việc nhân giống cây

với các tiêu chuẩn chống hạn hay mùi hương,

the human robot breeder could guide artificial evolution to producing robots

người gây giống cho người máy có thể định hướng tiến hóa tạo ra người máy

with specific qualities.

với những phẩm chất cụ thể.

For example,

Ví dụ như,

the ability to squeeze through a narrow gap

khả năng thu nhỏ khi qua khoảng cách hẹp

or perhaps operate at low energy.

hoặc có thể vận hành khi năng lượng ở mức thấp.

This idea of artificial evolution imitating biological evolution

Ý tưởng tiến hóa nhân tạo này mô phỏng tiến hóa sinh học

using a computer program

thông qua phần mềm máy tính

to breed better and better solutions to problems over time

để gây giống tốt hơn với những cải tiến giải quyết vấn đề theo thời gian

isn't actually new.

thực sự không hề mới.

In fact, artificial evolution,

Thực tế, nói về tiến hóa nhân tạo,

algorithms operating inside a computer,

là các thuật toán vận hành bên trong máy tính,

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

và nó đã từng được sử dụng để thiết kế mọi thứ

từ bàn ghế tới cánh quạt tua-bin.

Back in 2006,

Năm 2006,

NASA even sent a satellite into space with a communication antenna

NASA đã gửi một vệ tinh vào không gian có ăng-ten liên lạc

that had been designed by artificial evolution.

mà được thiết kế nhờ tiến hóa nhân tạo.

But evolving robots is actually much harder

Nhưng việc tiến hóa người máy

khó hơn nhiều

than evolving passive objects such as tables,

so với việc phát triển một vật thể thụ động như bàn ghế,

because robots need brains as well as bodies

vì người máy cần bộ não và cơ thể

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

để xử lý thông tin từ môi trường xung quanh

and translate that into appropriate behaviors.

từ đó đưa ra hành vi phù hợp.

So how do we do it?

Vậy thì làm thế nào được?

Surprisingly, evolution only needs three ingredients:

Sẽ rất ngạc nhiên,

là sự tiến hóa chỉ cần tới ba thành phần cơ bản:

a population of individuals which exhibit some physical variations;

một tập hợp những vật thể riêng lẻ mà tạo ra các biến thể vật lý;

a method of reproduction

một phương thức nhân bản

in which offspring inherit some traits from their parents

cho phép sẽ kế thừa các đặc tính từ người máy thế hệ trước đó

and occasionally acquire new ones via mutation;

và đôi lúc sẽ thu nạp đặc tính mới

thông qua đột biến;

and finally, a means of natural selection.

cuối cùng,

là một công cụ chọn lọc tự nhiên.

So we can replicate these three ingredients to evolve robots

Và chúng ta sẽ nhân bản các thành phần này

để tiến hóa người máy

using a mixture of hardware and software.

phối hợp giữa phần cứng và phần mềm.

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

Đầu tiên, là cần thiết kế một phiên bản DNA số.

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

Đó là bản thiết kế mà sẽ mô tả bộ não, cơ thể của người máy,

its sensory mechanisms and its means of locomotion.

cơ chế về giác quan và phương thức vận động.

Using a randomly generated set of these blueprints,

Từ việc sử dụng ngẫu nhiên những thiết kế này,

we can create an initial population of 10 or more robots

chúng ta có thể tạo ra một tập hợp khởi đầu với 10 hay nhiều người máy

to kick-start this evolutionary process.

để bắt đầu quá trình tiến hóa.

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

Chúng ta đã thiết kế ra công nghệ mà có thể nhận vào bản thiết kế số

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

từ đó chế tạo người máy vật lý mà không cần con người can thiệp.

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

Ví dụ, sử dụng máy in 3D tạo ra khung xương cho người máy

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

và một cánh tay lắp ráp tự động như ở trong các nhà máy để

to add any electronics and moving parts,

bổ sung linh kiện và bộ phận chuyển động,

including a small computer that acts as a brain.

và một máy tính nhỏ đóng vai trò là bộ não.

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

Để cho phép bộ não thích nghi với cơ thể của người máy,

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

chúng ta sẽ đưa chúng tới một nơi giống như nhà trẻ,

a place where the newborn robot can refine its motor skills

ở nơi đó các người máy sơ sinh có thể cải thiện kỹ năng máy móc

almost like a small child would.

giống như một đứa trẻ.

To mimic natural selection,

Để bắt trước chọn lọc tự nhiên,

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

chúng ta sẽ đánh giá người máy dựa trên khả năng tiến hành công việc.

And then we use these scores

Và sử dụng đánh giá này

to selectively decide which robots get to reproduce.

để đưa ra khả năng lựa chọn mà người máy sẽ nhân bản.

The reproduction mechanism

Một cơ chế nhân bản

mixes the digital DNA of the chosen parent robots

pha trộn với DNA số từ thế hệ người máy cha mẹ

to create a new blueprint for a child robot

sẽ tạo ra thiết kế mới cho thế hệ người máy con

that inherits some of the characteristics from its parents

mà kế thừa các đặc tính từ thế hệ trước đó

but occasionally also exhibits some new ones.

nhưng đôi lúc cũng biểu hiện những đặc tính mới.

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

Và bằng việc lặp lại nhiều lần chu kỳ chọn lọc và quá trình nhân bản,

we hope that we can breed successive generations of robots

chúng ta hy vọng rằng sẽ có thể nhân giống các thế hệ kế tiếp,

where, just like is often observed in biological evolution,

như những gì thường thấy trong tiến hóa sinh học,

each generation gets better than the last,

mỗi thế hệ sẽ cải tiến hơn thế hệ trước,

with the robots gradually optimizing their form and their behavior

những người máy dần dần sẽ tối ưu về hình thức và hành vi

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

đối với nhiệm vụ và môi trường

mà chúng tiếp xúc.

Now, although this can all take place

Giờ đây, mặc dù mọi thứ sẽ diễn ra

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

trong một khung thời gian nhanh hơn so với tiến hóa sinh học,

which sometimes takes thousands of years,

thứ mà đôi khi sảy ra ở tự nhiên cần tới hàng ngàn năm,

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

nhưng vẫn tương đối chậm so với mong đợi của con người

in our modern world

vào một thế giới hiện đại

to design and produce an artifact.

để thiết kế và sản xuất nhân tạo.

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

Chủ yếu dựa vào quá trình in 3D,

which can take more than four hours per robot,

sẽ mất vài giờ để tạo ra một người máy,

depending on the complexity and the shape of the robot.

tùy thuộc vào độ phức tạp và hình dạng.

But we can give our artificial evolutionary process a helping hand

Nhưng chúng ta có thể can thiệp quá trình tiến hóa nhân tạo

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

giúp giảm số lượng người máy vật lý

thực sự cần được chế tạo.

We create a digital copy of every robot produced

Chúng ta sẽ tạo ra

một bản sao kĩ thuật số của người máy

inside a simulation in a computer,

nhờ mô phỏng trên máy tính,

and we allow this virtual population of robots to evolve.

và cho phép tổ hợp người máy ảo này tiến hóa.

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

Khả năng cao là sự mô phỏng sẽ không mang lại thể hiện chính xác

of the real world.

so với thế giới thực.

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

Nhưng lợi thế đó sẽ cho phép người máy được phác thảo

and tested in seconds rather than hours.

và kiểm thử chỉ trong vài giây.

So using the simulator technology,

Vì vậy, việc sử dụng công nghệ mô phỏng,

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

có thể nhanh chóng khám phá nhiều kiểu người máy tiềm năng,

of different shapes and sizes, of different sensory configurations,

khác biệt về hình dáng và kích thước, hay sự thiết lập giác quan khác nhau,

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

đưa ra rất nhanh đánh giá sơ lược về mức độ hữu ích của người máy

before we physically make it.

trước khi đi vào chế tạo.

And we predict that by allowing a novel form of breeding

Và chúng ta dự đoán bằng việc cho phép những hình thức gây giống mới lạ

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

mà người máy vật lý có thể lai tạo với những người họ hàng ảo của chúng,

then the useful traits that have been discovered in simulation

và những đặc điểm hữu ích đã được khám phá qua mô phỏng

will quickly spread into the physical robot population,

sẽ nhanh chóng lan rộng ra quần thể người máy vật lý,

where they can be further refined in situ.

nơi mà chúng có thể được cải tiến tại chỗ.

It might sound like science fiction,

Nghe thì giống khoa học viễn tưởng,

but actually there's a serious point.

nhưng đó là vấn đề thực sự nghiêm túc.

While we expect the technology that I've just described

Khi chúng ta mong đợi công nghệ mà tôi vừa mô tả

to be useful in designing robots,

sẽ hữu ích cho việc thiết kế người máy,

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

ví như, làm việc ở môi trường không an toàn đối với con người

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

hay giúp chúng ta theo đuổi ước muốn khám phá vũ trụ,

there are some more pragmatic reasons

sẽ luôn có những lý do thực tế

why we should consider artificial evolution.

vì sao chúng ta quan tâm đến tiến hóa nhân tạo.

As climate change gathers pace,

Khi mà biến đổi khí hậu diễn ra nhanh chóng,

it is clear that we need a radical rethink

rõ ràng rằng chúng ta cần cân nhắc

to our approach to robotic design here on Earth

cách tiếp cận thiết kế người máy

trên hành tinh

in order to reduce that ecological footprint.

nhằm giảm thiểu ảnh hưởng sinh thái.

For example,

Ví dụ như,

creating new designs of robot built from sustainable materials

tạo ra thiết kế mới cho người máy chế tạo từ vật liệu bền vững

that operate at low energy,

mà cần ít năng lượng để vận hành,

that are repairable and recyclable.

có thể sửa chữa và tái chế.

It's quite likely that this new generation of robots

Rất có thể thế hệ người máy mới này

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

sẽ không giống với thứ người máy mà chúng ta đang thấy ngày nay,

but that's exactly why artificial evolution might help.

nhưng chắc chắn đó sẽ là lý do mà tiến hóa nhân tạo có ích.

Discovering novel designs by processes that are unfettered by the constraints

Việc khám phá những thiết kế mới lạ thông qua các quá trình

that our own understanding of engineering science

sẽ giải phóng sự ràng buộc hiểu biết về khoa học kỹ thuật

imposes on the design process.

mà ảnh hưởng lên quá trình thiết kế.

Thank you.

Cám ơn mọi người,

(Applause)

(Vỗ tay)