Главная » Хабрахабр » [Перевод] Учёные позволили роботам эволюционировать, и получили нечто странное

[Перевод] Учёные позволили роботам эволюционировать, и получили нечто странное

Эволюция – это путешествие. С одной стороны, это вроде бы простой механизм – особи, лучше приспособленные к окружающей среде, рожают больше детей, а меньше приспособленные не размножаются так сильно, и их гены отфильтровываются. С другой стороны, она смогла породить потрясающий набор организмов. Некоторые животные летают при помощи оперённых крыльев, другие при помощи мембран, растянутых между пальцами. Некоторые бегают на двух ногах, другие на четырёх. И все по-своему адаптировались к своему окружению.

Новое концептуальное исследование австралийских учёных изучает вопрос того, как эволюционные алгоритмы могут порождать ноги для роботов, приспособленные для ходьбы по определённым поверхностям. Эволюция – штука мощная, и к этой силе за вдохновением сегодня обращаются специалисты по робототехнике. Каждая схема базируется на элементах, известных, как кривые Безье. Результаты получились одновременно логичными, контринтуитивными и странными – а также намекают на новый способ изготовления ходячих машин.
Исследователи начали с 20 случайных форм цифровых ног, ограниченных определённым размером (трёхметровые ноги из кошмаров нам не нужны). Система проецирует эти кривые на решётку из трёхмерных пикселей – вокселей. «Кривую Безье можно увидеть в Microsoft Paint, где вы определяете кривую по нескольким контрольным точкам, только мы используем их в трёх измерениях», — говорит исследователь Дэвид Говард из Австралийской общественной организации научных и промышленных исследований. – Всё остальное остаётся пустым». «В том месте, где кривая пересекается с вокселем, мы размещаем наш материал, — добавляет Говард. В результате каждая схема становится уникальной.

Просто вместо выбора таких свойств, как хорошее зрение или камуфляж, как происходит при естественном отборе, система выбирает схемы по крутящему моменту, который пришлось бы развивать мотору, чтобы вращать ногу определённой длины при ходьбе по заданной поверхности. Симуляция изучает приспособленность полученной ноги для ходьбы по трём разных поверхностям: твёрдой почве, гравию и по воде. Также бонусы давали за ноги, требовавшие меньше материала. Иначе говоря, хорошая нога – энергетически эффективная нога.

– Это даёт нам очень точное представление на то, что нога делает в окружающей среде». «Для гравийной поверхности, по которой идёт нога, мы вычисляем силы, действующие на каждый камушек, — говорит Говард. То же происходит с водой и твёрдой почвой.

Выбрали наиболее приспособленные ноги для создания дочерних ног, немного похожих на родительские. Затем исследователи взяли 20 изначальных ног и скомбинировали их с теми, что показали себя лучше всего. В течение тысячи поколений. «Мы просто делаем это снова и снова», — говорит Говард. «А затем мы применяем автоматическую адаптацию к окружающей среде». В результате половина популяции, показавшая наихудшие результаты, исчезла, как исчезают в природе животные под воздействием факторов окружающей среды.

Средний ряд предпочтителен для гравия, нижний – для воды. На изображении выше в первом ряду расположены ноги, которые алгоритм посчитал наиболее эффективными для ходьбы по твёрдой поверхности.

Поскольку она твёрдая, узкие ноги не будут проваливаться. Похожие на лезвия ноги – логичный выбор для ходьбы по твёрдой земле. Они помогают ногам ходить по гравию, не проваливаясь, как снегоступы. «Поэтому ноги для гравия получились потолще, им нужны более широкие следы», — сказал Говард.

Это пока загадка. Толстые ноги, адаптированные для воды? Это позволило бы им рассекать воду. «С водой получилось что-то странное, мы ожидали чего-то, похожего на лезвия, как для ходьбы по твёрдой поверхности», — сказал Говард. «Но узких ног не получилось. Также можно было бы ожидать от системы более худых конечностей, учитывая все первоначальные задачи. Мы пока ещё не совсем уверены, почему».

«Нам нравится теория, по которой у них есть своя цель, — говорит Говард. Также довольно странными получились некоторые выступы, особенно на ногах, предназначенных для почвы. Выступы выглядят брутально, но на самом деле, они – всего лишь артефакты, не помогающие, но и не мешающие ногам. Но на самом деле при разметке кривой Безье на воксельную решётку, её часть, которая кажется бесполезной, на самом деле является частью гораздо большей кривой, обеспечивающей структуру внутри ноги». Говард с коллегами подстроили систему так, чтобы она их распознавала и удаляла автоматически.

Теперь они планируют проверить их эффективность на реальной поверхности по сравнению с ногами, разработанными людьми. Исследователи распечатали такие ноги на 3D-принтере, и подсоединили их к шестиногому роботу. Команда уже загрузила в симулятор примеры таких ног, и получилось, что полученные в результате «эволюции» ноги выступают не хуже, а иногда и лучше искусственных.

Например, можно придать роботу узкую специализацию для перемещения по определённой поверхности, а не основываться на ногах широкого применения. Зачем же нужно тратить усилия на симуляцию эволюции роботов? Теоретически, это позволит роботу лучше справляться в определённых ситуациях, например, при преодолении песчаных дюн.

«Если вы разработали систему, специально предназначенную для определённой цели, то на поздних этапах проектирования это уже может оказаться невозможным». «Если вы хотите использовать робота в другом окружении, можно просто заново запустить алгоритм», — говорит Тоннес Нигаард, изучающий меняющих форму под влиянием эволюции роботов в Университете Осло, и не принимавший участия в этой работе.

Методом проб и ошибок – то есть, часто падая – он учится ходить по, например, ледяной поверхности, укорачивая ноги для занижения центра тяжести. Система Нигаарда, четырёхногий робот с телескопическими ногами, эволюционирует на ходу. Возможно, удастся скомбинировать две этих технологии: использовать симуляцию для разработки подходящего дизайна ног, а затем встроить его в реальную машину, способную изменяться. В помещении он может удлинить их, чтобы увеличить длину шага и повысить эффективность передвижения.

«Эволюция ищет ответы в гораздо более широком спектре вариантов, — говорит Говард. И если у эволюции что и получается хорошо делать, так это удивлять. Она может выглядеть совершенно контринтуитивно, не так, как придумал бы инженер-человек. – Ей всё равно, как выглядит получившаяся вещь. Но если это работает – больше ничто не имеет значения».


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

Получаем музыку Вк через сторонний API

В этот раз дело начиналось после закрытия методов audio в методе execute. Я решил посмотреть, как получают музыку сайты, которые предоставляют возможность ее скачать. Меня заинтересовал сайт vrit.me. Я залез во вкладку network и увидел интересный запрос: То есть, можно ...

Все, что нужно знать о стрессе и сильных эмоциях

Под катом — цикл из 3-х видео и текстовых версий к ним. Причина внутри нас. Главное — стресс вызван не внешними событиями. Мы можем управлять этим процессом, потому что он основан на нашем опыте. Внутри каждого существует процесс, который отвечает ...