ربات خودهمتاساز

ماشین خودتکثیر شونده نوعی از ربات خودگردان است که قادر است خود را به طور مستقل با استفاده از مواد خام موجود در محیط بازتولید کند، بنابراین همانندسازی خود را به روشی مشابه با آنچه در طبیعت وجود دارد نشان می دهد.

در واقع انسان ها عمل تکثیر را انجام می دهند، باکتری ها این کار را می کنند، حتی ویروس ها این کار را انجام می دهند. آن ها می توانند از خودشان کپی کنند. اکنون محققان موفق شده اند یک ربات انعطاف پذیر بسازند که می تواند همان ترفند را انجام دهد.

این اولین ربات خود تکثیر کننده ای نیست که تا بحال ساخته شده است. اما ماشین های قبلی با ظرفیت کپی کردن خود بسیار ساده بودند و اغلب در دو بعد پخش می شدند و دستگاه های پیچیده تر فقط در شبیه سازی های کامپیوتری وجود داشتند، نه در واقعیت. محققان ماشین‌هایی را پیش‌بینی می‌کنند که به‌طور خودکار خود را تعمیر می‌کنند و آنها را برای استفاده در محیط‌های خطرناک مانند فضای بیرونی ایده‌آل می‌کنند.

نوعی از این ربات ها، به نام ربات لیپسون از چهار مکعب تشکیل شده است که هر یک به اندازه 10 سانتی متر در یک طرف، به صورت مورب به دو نیم تقسیم شده اند که می توانند روی یکدیگر بچرخند. این به ربات اجازه می دهد شکل خود را تغییر دهد. به شرطی که با مکعب تغذیه شود، ربات می تواند در عرض چند دقیقه یک کپی از خود ایجاد کند.

برای ساختن یک ماکت، یک ربات “والد” خم می شود و بالاترین مکعب خود را روی میز کنار آن قرار می دهد. این پایه ربات “کودک” می شود. سپس والدین یک مکعب جدید را با استفاده از آهنرباهای الکترومغناطیسی که از کنتاکت‌های سطح میز تغذیه می‌شوند، برمی‌دارند و آن را در بالای پایه کودک قرار می‌دهند. در طول این فرآیند، کودک خم می‌شود تا به والدین کمک کند هر زمان که مکعب‌ها برای والدین بلند شد، مکعب‌هایی را اضافه می کند. در پایان دو ستون چهار مکعبی در کنار هم قرار می گیرند.

یپسون می‌گوید که این مکعب‌ها حاوی معادل الکترونیکی DNA هستند: یک ریزپردازنده با حافظه‌ای از طرح بدن ربات و دستورالعمل‌هایی در مورد کارهایی که در طول خود همانندسازی باید انجام شود. لیپسون می‌گوید با تنظیم این اطلاعات، می‌توان ماشین‌های تولید مثل را در هر تعداد شکل یا اندازه ساخت. روباتی که از صدها بلوک بسیار کوچکتر تشکیل شده باشد، تعداد زیادی گزینه برای اشکال آن ها در دسترس خواهد بود.

ماشین های لیپسون محدودیت هایی دارند. آنها به ویژه به تغذیه بلوک های جدید وابسته هستند. برخلاف موجودات زنده، آنها نمی توانند غذا یا مصالح ساختمانی را جستجو کنند. و از آنجایی که فرآیند از قبل برنامه ریزی شده است، اگر بلوک های اضافی دقیقاً در مکان مناسب در زمان مناسب قرار نگیرند، مونتاژ متوقف می شود.

سپس، لیپسون امیدوار است که آزمایش کند آیا نسخه‌های برنامه‌ریزی نشده مکعب‌ها می‌توانند توانایی تکثیر خود را با اعمال تغییرات تصادفی در DNA الکترونیکی آن‌ها توسعه دهند. او می‌گوید: «جالب است که ببینیم آیا آنها به‌طور خودجوش یاد می‌گیرند که چگونه با استفاده از اصول تکاملی خود تولید مثل کنند.

به گفته دکتر “فومیا لیدا” از دپارتمان مهندسی دانشگاه کمبریج، انتخاب طبیعی اساسا شامل تولید مثل، ارزیابی، تولید مثل، ارزیابی و ادامه این روند می شود. ربات مادر نیز کاری مشابه را انجام می دهد و در واقع ما می توانیم بهبود و تنوع گونه ها را شاهد باشیم.

در نتیجه‌ی انتخاب طبیعی، پژوهشگران دریافتند عملکرد بچه ربات ها با گذشت زمان بهبود یافته است. در همین راستا، جدیدترین نسل بچه ربات ها قادر بودند یک مجموعه از وظایف را دو برابر سریع‌تر از نسل نخست انجام دهند. به گفته دکتر لیدا که چگونگی ارتقا رباتیک با الهام از طبیعیت را دنبال می کند، موفقیت اخیر آغاز فرآیندی طولانی است و همچنان مسیری طولانی پیش از آن که ربات ها همانند انسان به نظر برسند، عمل کنند و فکر کنند باقی مانده است.

امکان تکثیر یکی از ستون‌های نگهدارنده «حیات» و قابلیت مشترک تمامی ارگانیسم‌های طبیعی است. تیمی از محققان به تازگی یک تکنولوژی کاملا خودکار را طراحی کرده‌اند که به ربات‌های فیزیکی اجازه فرزندآوری می‌دهد و این ربات‌ها می‌توانند برای وفق یافتن با محیط، کد ژنتیکی خود را تکامل بدهند. می‌توان گفت که این پدیده همان تکامل مصنوعی است. فرزندان ربات‌ها با ترکیب «DNA» دیجیتال ربات‌های والد در یک کامپیوتر ایجاد می‌شوند.

این طراحی جدید به یک چاپگر سه بعدی ارسال می‌شود و چاپگر بدنه ربات را تولید می‌کند، سپس یک بازوی رباتی «مغزی» که از والدین به ارث رسیده را در این بدنه کار می‌گذارد و اجزای جدیدی مثل حسگر، چرخ یا مفصل‌هایی که در فرایند «تکامل» انتخاب شده را متصل می‌کند. یک شبیه‌ساز کامپیوتری، نمایی دیجیتالی از هر ربات جدید تولید می‌کند. با این کار شکل نوینی از تکامل ممکن می‌شود: نسل‌های جدید را می‌توان با ترکیب موفق‌ترین صفات یک «مادر» مجازی و یک پدر «فیزیکی» تولید کرد. درنتیجه تکاملی مجازی که ممکن است با جهان واقعی همخوانی نداشته باشد در این فرایند با ارزیابی دقیق ربات‌ها در یک محیط فیزیکی ترکیب می‌شود. درنتیجه ربات‌های جدید صفاتی دارند که نماینده بهترین نوع تکامل در هر دو محیط است.

با اینکه در این چرخه تکنولوژی نیازی به وجود انسان نیست، اما امکان حضور یک «پرورش دهنده» انسانی وجود دارد: درست همانطور که انسان‌ها گیاهان را اصلاح نژادی می‌کنند، پرورش دهنده ربات‌ها نیز می‌تواند روی ربات‌هایی با یک سری ویژگی‌های خاص تمرکز کند. شاید حتی این تکنولوژی در مزارع پرورش ربات استفاده شود و ربات‌هایی تولید شوند که با یک سری شرایط خاص و پیش نیاز‌های کاربری همخوانی دارند. درست همانطور که گیاهان را برای طعم یا مصرف آب کمتر پرورش می‌دهیم، می‌توان ربات‌ها را هم مثلا با تمرکز روی ویژگی‌هایی مثل باتری بهتر یا ردپای کربنی کمتر پرورش داد.

ایده تکامل دیجیتال یا تقلید از تکامل بیولوژیکی در نرم‌افزاری که بتواند راه‌حل‌های بهتر و بهتری را با گذشت زمان برای مشکلات ارائه کند ایده جدیدی نیست. این ایده به دهه 1960  بازمی‌گردد که مهندسان آلمانی یک کامپیوتر را به گونه‌ای برنامه‌ریزی کردند که قرار بود طراحی بهینه دو صفحه بهم متصل را در شرایط هوایی آشفته مشخص کند. از آن زمان «الگوریتم‌های تکاملی» کامپیوتر برای طراحی هر چیزی از میز گرفته تا پره‌های توربین استفاده شده‌اند و کافیست برای این فرایند تکامل مشخص کنیم که می‌خواهیم کدام متریک را بهینه‌سازی کنیم. (برای مثال، انرژی تولید شده از پره‌های توربین). سال 2006، ناسا ماهواره‌ای را با یک آنتن ارتباطی به فضا فرستاد که با تکامل مصنوعی طراحی شده بود.

موضوع استفاده از تکامل برای طراحی ربات‌ها به ویژه در شرایطی کاربرد دارد که انسان‌ها از محیطی که ربات باید در آن فعالیت کند اطلاعات خیلی کمی دارند برای مثال استخراج از کف دریا، یا پاکسازی زباله در داخل یک راکتور هسته‌ای، یا استفاده از نانو ربات‌ها برای رساندن دارو به بخش‌های مختلف بدن. تکامل مصنوعی برخلاف تکامل طبیعی که به هدف «بقا و تولید مثل» انجام می‌گیرد، اهداف مشخصی دارد. زمانی که فرایند تکامل ساخته شود و با تکنولوژی یاد شده یک سیستم کامپیوتری اطلاعات و دستور‌‌های لازم را برای تولید ربات‌های بهتر در هر محیط به چاپگر سه بعدی ارائه کند، یک چارچوب نظری برای ایجاد یک جمعیت مستقل رباتی ایجاد می‌شود که قادر به تولید مثل است و می‌تواند بدون دخالت بیش از حد انسان «تکامل» پیدا کند.

یک ربات خودهمتاساز می‌تواند به دو روبات و آنگاه به ۴، ۸، ۱۶، ۳۲ و ۶۴ ربات تکثیر شود و سپس این فرآیند آن‌قدر ادامه می‌یابد تا اینکه ارتشی از روبات‌ها در اختیار دارید که می‌توانند شهرهایی روی مریخ بنا کنند. با وجود این، چالش‌های عظیمی را که انسان در راه مسکونی‌سازی مریخ با آن‌‌ها مواجه خواهد شد نمی توان نادیده ‌گرفت. یکی از این موانع هزینه نجومی سفر به مریخ است. حتی اگر ثروتمندترین انسان روی زمین باشید، سفر به مریخ می‌تواند سرمایه‌گذاری مالی هنگفتی را به شما تحمیل کند.