วิทยาการหุ่นยนต์: เข้าสู่ evolvabot

วิทยาการหุ่นยนต์: เข้าสู่ evolvabot

Noel Sharkey หมั้นหมาย

โดยคำนึงถึงความทับซ้อนที่น่าสนใจระหว่างชีววิทยาและวิทยาการหุ่นยนต์ อุปกรณ์ของดาร์วิน: หุ่นยนต์ที่กำลังพัฒนาสามารถสอนอะไรเราเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ชีวิตและอนาคตของเทคโนโลยี จอห์น ลอง หนังสือพื้นฐาน: 2012. 288 หน้า. $26.99, £17.99 9780465021413 | ไอ: 978-0-4650-2141-3

หนังสือเกี่ยวกับวิทยาการหุ่นยนต์โดยนักชีววิทยาทางทะเลฟังดูค่อนข้างคาว แต่อุปกรณ์ของดาร์วิน ไม่ได้ เป็นอย่างอื่น John Long พาเราเดินทางสู่โลกแห่งการวิจัยเกี่ยวกับวิวัฒนาการของกระดูกสันหลังของสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว

งานของ Long เป็นนวัตกรรมใหม่เนื่องจากการใช้งานของเขา — และการป้องกันที่แข็งแกร่ง — ในการสร้างแบบจำลองด้วยหุ่นยนต์ที่ประกอบขึ้นจากร่างกาย มากกว่าการจำลองซอฟต์แวร์ตามปกติของชีววิทยาเชิงคอมพิวเตอร์ เขาเป็นนักชีววิทยาที่ไม่ปกติสำหรับวิธีที่เขาใช้ประโยชน์จากวิธีการวิวัฒนาการเทียมที่เรียกว่าอัลกอริธึมทางพันธุกรรมเพื่อทดสอบสมมติฐานทางวิวัฒนาการ

เครดิต: MARTIN O’NEILL

เรื่องราวของ Long ในการให้เหตุผลในการค้นคว้าวิจัยของเขากับบรรดานักชีววิทยาที่สงสัยมีทั้งชัยชนะและความยากลำบาก เขาเล่าว่าเมื่อเพื่อนร่วมงานถามว่าหุ่นยนต์เกี่ยวอะไรกับชีววิทยา เขาตอบว่าพวกมันเคยชินกับการจำลองสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์ไปแล้ว และวิธีที่เขาตระหนักได้ “ด้วยความหวาดกลัว” ว่าคำถามนี้จะหลอกหลอนงานวิจัยของเขา หนังสือเล่มนี้คือคำตอบของเขา

บทเริ่มต้นวางรากฐาน

ที่มั่นคงสำหรับการใช้หุ่นยนต์เพื่อสร้างแบบจำลองทฤษฎีทางชีววิทยา โดยเน้นที่ว่าทำไมการทดสอบแบบจำลองทางกายภาพจึงมีความสำคัญมากกว่าในโลกจำลอง ในส่วนที่เหลือของหนังสือ ลองอธิบายชุดการทดลองของเขากับหุ่นยนต์ที่เขาขนานนามว่า evolvabots แต่ละคนนำไปสู่ระดับถัดไป โดยเพิ่มเฉพาะสิ่งที่จำเป็นเพื่อไปยังระดับถัดไป: คุณธรรมในแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์ใดๆ

สไตล์ช่างพูดของ Long ทำให้ฉันหัวเราะออกมาดังๆในบางครั้ง แต่ภายใต้การลอยตัวนั้นมีข้อโต้แย้งที่แข็งแกร่งและบางครั้งก็ทรงพลังเกี่ยวกับไบโอมิเมติกส์ เขาเปลี่ยนจากความรักในวัยเด็กของเขาในการเลี้ยงปลามาสู่การทำงานระดับบัณฑิตศึกษาด้านชีวกลศาสตร์ของคอลัมน์กระดูกสันหลังมาร์ลิน เขาให้ข้อมูลวิวัฒนาการที่เข้าถึงได้แก่เรา จากนั้นจึงไปที่ประเด็นการออกแบบทางวิศวกรรม evolvabots ของเขา ซึ่งรวมถึงการตัดสินใจที่สำคัญเกี่ยวกับคุณลักษณะของสัตว์ที่จะรวมเข้าไว้ด้วย หลักการชี้นำของเขายึดตามคติพจน์ที่มีชื่อเสียงของ Albert Einstein ให้เรียบง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ก็ไม่ง่ายไปกว่านี้

ใครต้องการสมองเมื่อคุณมีร่างกายที่ฉลาด?

ลองแสดงให้เห็นว่าสมองเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะอธิบายพฤติกรรม ขณะที่เขาถามว่า “ใครต้องการสมองเมื่อคุณมีร่างกายที่ฉลาด” เขาให้เหตุผลว่าร่างกายของหุ่นยนต์ไร้สมองที่เคลื่อนที่ผ่านโลกแห่งความเป็นจริงสามารถแสดงพฤติกรรมการรับรู้ที่ซับซ้อนที่ดูเหมือนซับซ้อนด้วยการคำนวณเพียงเล็กน้อย มีเพียงไม่กี่คนที่แสดงให้เห็นจุดนี้ได้ดีกว่านักไซเบอร์เนติกส์ทางชีววิทยา Valentino Braitenberg ในหนังสือของเขาVehicles: Experiments in Synthetic Psychology (MIT Press, 1984) และ Long ใช้ประโยชน์จากแนวคิดหลักของ Braitenberg อย่างเพียงพอ นักวิจัยด้านวิทยาการหุ่นยนต์ เช่น Rolf Pfeifer ได้ใช้การคำนวณทางสัณฐานวิทยาของเขา ได้แกะสลักอาณาเขตนี้ออกมา แต่ Long ได้นำเสนอสิ่งใหม่ๆ เช่น การตั้งคำถามว่าสมองเริ่มต้นและสิ้นสุดที่ใด

ในบทที่หก แขนเสื้อม้วนขึ้น เราอยู่ที่จุดศูนย์กลางของวิทยาศาสตร์ ถึงเวลาแล้วสำหรับผลการทดสอบสมมติฐานเชิงวิวัฒนาการที่สำคัญของ Long: “การเลือกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการให้อาหารและการหลีกเลี่ยงผู้ล่าจะเพิ่มจำนวนกระดูกสันหลัง” สำหรับโมเดลหุ่นยนต์ของปลาที่สูญพันธุ์ Long อยู่ในขั้นตอนของเขาที่นี่และลงลึกถึงเทคนิคต่างๆ โดยบอกเรามากมายเกี่ยวกับวิวัฒนาการที่แท้จริงของสัตว์ทะเล

ฉันรู้สึกทึ่งที่เห็นว่านักชีววิทยาอาจใช้อัลกอริธึมทางพันธุกรรมเพื่อทดสอบสมมติฐานเฉพาะเกี่ยวกับวิวัฒนาการของร่างกายและผลกระทบต่อพฤติกรรมได้อย่างไร อัลกอริธึมดังกล่าวถูกใช้อย่างกว้างขวางในวิทยาการหุ่นยนต์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพเพื่อสร้างสายยีนเทียมที่กำหนดพฤติกรรมของหุ่นยนต์ พวกเขาอนุญาตให้นักวิจัยทำงานผ่านเครื่องจักรหลายพันรุ่นในเวลาไม่กี่ชั่วโมง สำหรับแต่ละรุ่น หุ่นยนต์ที่ดีที่สุดจะถูกเลือกโดยใช้ฟังก์ชันสมรรถภาพทางคณิตศาสตร์มากกว่าการคัดเลือกโดยธรรมชาติ และยีนของหุ่นยนต์เหล่านี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรุ่นต่อไปและจำลองการผสมพันธุ์