Эволюция в кремнии показала что машины способны на самосовершенствование. Селекция и отбор поколение за поколением позволяют отладить и выбрать наиболее приспособленные образцы. Теперь же роботы показывают ученым, как могли развиваться и совершенствоваться стратегии поведения животных в естесственных условиях. Поиск пищи, борьба с конкурентами, естесственные сигналы, как они влияют на повседневную жизнь и как они формировались. В шведской лаборатории Laboratory of Intelligent Systems группа из 10 роботов состязалась за пищу. Что из этого вышло?Для эксперимента были выбраны s-боты, диаметром 12см, высотой 15см и обладающие 2 литий-ионными батареями, дающими примерно час автономного существования. Роботы оснащены Xscale процессором с частотой 400 MHz, 64 MB оперативной памяти и 32 MB флеш памяти, используемой для обработки данных, а также 12 PIC микроконтроллерами для низкоуровневой обработки. В качестве операционной системы используется самосборный Linux, а связь с центральной станцией осуществляется с помощью WiFi. Сенсорные возможности робота включают в себя инфракрасные сенсоры (15 вокруг робота и 4 под роботом), силовые и скоростные сенсоры, сенсоры влажности и температуры, а также 8 световых сенсоров, камера с круговым обзором и 4 микрофона.
Роботы были запрограммированы на поиск «источника пищи», которым являлось легко светящееся кольцо на одном из концов арены. Они могли «видеть» этот источник только на близком расстоянии с помощью своих сенсоров. На другом конце арены было более темное кольцо, которое считается «отравленным». Роботы получали очки в зависимости от того сколько времени проведут около источников пищи и\или яда, тем самым демонстрируя на сколько успешными были их искусственные жизни.
А еще они могли «общаться» друг с другом. Каждый робот мог проецировать синий свет, который другие могли определять с помощью своих камер, и тем самым указывать на позицию еды. Таким образом, свет для роботов является носителем информации. Однако после нескольких поколений роботы эволюционировали и научили своих потомков не просто общаться светом, но и обманывать соперников.
Роботы смогли эволюционировать, из-за того, что каждый робот был оснащен искусственной нейронной сетью контролируемой бинарным «геномом». Сеть состоит из 11 нейронов, которые соединены с сенсорами роботов и 3 нейронов которые контролируют их два колеса и синий цвет. Нейроны соединены с помощью 33 синапсов, и мощность сигналов каждого синапса контролировалась одним восьмибитным геном. Таким образом, каждый робот имеет 264-битный геном, который контролирует, как он будет реагировать на информацию, поступающую с сенсоров.
Искусственная эволюция проходила в симулирующей среде Enki, где и роботы и их сенсоры моделировались. Затем был использовать эволюционный фреймворк роботов Teem для эволюции лучших котроллеров, которые затем были перенесены на реальных роботов.
В этом эксперименте каждый раунд состоял из 100 групп по 10 роботов, каждая из групп состязалась за пищу в отдельной арене. Двести роботов с наибольшим количеством очков, наиболее приспособленные из популяции, переходили в следующий раунд. Их 33 гена мутировали случайным образом с вероятностью 1/100, что какой либо бит изменится, и роботы были «сведены» друг с другом чтобы перемешать геномы. В результате получается новое поколение роботов, чье поведение было унаследовано от наиболее успешных представителей предыдущего.
В начальном эксперименте роботы издавали свет случайным образом. Однако, спустя поколения, роботы становились все лучше… Свет стал переносить все больше и больше информации и боты стали ориентироваться на свет всего лишь после 9 поколений.
Но, ситуация с роботами была похожа на поведение реальных животных, ведь не всегда в интересах робота (животного) передавать информацию о месте расположения пищи. Кольцо с пищей имеет лишь 8 мест для роботов, то есть если все соберутся около источника пищи им придется физически расталкивать друг друга. Эффект борьбы усилился когда экспериментаторы позволили эволюционировать генам отвечающим за испускание голубого света.
Что получилось в итоге? Если изначально роботы испускали свет случайным образом и когда они собирались вокруг пищи свет выдавал место расположения пищи. То после эволюции роботы стали более скрытными. К 50 поколению они стали испускать свет около пищи с намного меньшей вероятностью, нежели в любом другом месте арены, а сам свет стал не таким важным источником информации, сделав ее менее привлекательной для роботов.
Однако свет так и не стал полностью бесполезным. По мере того как роботы становились все более хитрыми и менее полагались на свет, особи которые светились около пищи могли быть своего рода защитой, ведь свет мог расцениваться как правда или ложь в зависимости от восприятия другого робота. Поэтому, эволюционное давление, призывающее не подавать вообще никаких сигналов было разбавлено вышеупомянутым фактором и из-за этого свет все еще использовался спустя поколения.
Это также значит, что роботы были разнообразны в своем поведении. При свободном естественном отборе такие процессы как генетический дрейф (когда гены изменяются случайным образом) – легко возникает генетическое разнообразие, что в свою очередь создает разнообразное поведение особей. После 500 поколений эволюции, около 60% роботов никогда не испускали свет около пищи, но около 10% испускали его там большую часть времени. А часть роботов начала испускать свет около яда, приманивая других роботов. Некоторых роботов немного привлекал синий свет, но треть роботов он привлекал очень сильно, и еще треть никак на него не реагировала.
Экспериментаторы думают, что похожие процессы происходят в природе. Когда животные двигаются, например, за пищей они тем самым неумышленно сигнализируют об этом другим животным. Это создает конфликт интересов, и естественный отбор позволит лучше жить тем кто сможет подавить или модифицировать эту информацию, к примеру с помощью маскировки, скрытности, создания помех или ложных сигналов. Как и в эксперименте с роботами эти процессы могут помочь понять и объяснить огромное количество разнообразных стратегий поведения в мире природы.
Это исследование дает все основания полагать, что роботы могут иметь применение далеко за пределами технической сферы. Как сказал один из исследователей проводивших данный эксперимент: «Роботы могут быть довольно полезны для изучения и лучшего понимания механизмов взаимодействия между живыми организмами. Это только начало, но мы уверены, что роботы будут применяться для исследований в биологии, психологии или медицине».
Видео 6 роботов ищущих пищу (14 Mb)
Схематичное видео борьбы роботов за пищу (20 Mb)
