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Em breve, os robôs poderão se reproduzir - isso mudará a forma como pensamos sobre a evolução?

A natureza está cheia de exemplos de adaptação da biologia ao seu entorno. A tecnologia pode estar prestes a se recuperar.


Fonte: The Guartdian



O secretário de saúde da Escócia, Humza Yousaf, observa um robô cirúrgico trabalhando na Glasgow Royal Infirmary. Fotografia: Jane Barlow / PA


Do fundo dos oceanos aos céus acima de nós, a evolução natural preencheu nosso planeta com uma vasta e diversa gama de formas de vida, com aproximadamente 8 milhões de espécies adaptadas ao ambiente em uma miríade de maneiras. Mesmo assim, 100 anos após Karel Čapek cunhar o termo robô , as habilidades funcionais de muitas espécies ainda superam as capacidades da engenharia humana atual, que ainda precisa desenvolver métodos de produção de robôs que demonstrem inteligência de nível humano, movam-se e operem perfeitamente em ambientes desafiadores. , e são capazes de uma auto-reprodução robusta.

Mas será que os robôs podem se reproduzir? Isso, sem dúvida, forma um pilar da “vida” compartilhado por todos os organismos naturais. Uma equipe de pesquisadores do Reino Unido e da Holanda demonstraram recentemente uma tecnologia totalmente automatizada para permitir que robôs físicos se reproduzam repetidamente, evoluindo seu código genético artificial ao longo do tempo para melhor se adaptar ao ambiente. Indiscutivelmente, isso equivale a uma evolução artificial. Os robôs crianças são criados pela mistura do “DNA” digital de dois robôs pais em um computador.


O novo design é enviado primeiro para uma impressora 3D que fabrica o corpo do robô, então um braço robótico anexa um "cérebro" carregado com software de controle herdado dos pais, junto com quaisquer novos componentes, como sensores, rodas ou articulações, selecionados por este processo “evolutivo”. Uma réplica digital de cada novo robô também é criada em uma simulação de computador. Isso permite um novo tipo de evolução: novas gerações podem ser produzidas a partir da união das características de maior sucesso de uma "mãe" virtual e um "pai" físico, combinando os benefícios de uma evolução simulada rápida, mas potencialmente irreal, com a avaliação mais precisa de robôs em um ambiente físico real. Os novos robôs, portanto, herdam características que representam o melhor de ambos os tipos de evolução.

Embora essa tecnologia possa operar sem um humano no circuito, ela também permite a colaboração com um “criador” humano: assim como os humanos têm cultivado seletivamente desde o início da agricultura, o criador de robôs pode influenciar a seleção de robôs com características particulares. Pode-se até imaginar fazendas de criação, produzindo robôs adaptados a condições específicas e necessidades do usuário. Eles podem ser criados para qualidades como vida útil da bateria ou pegada de carbono, da mesma forma que criamos plantas para resistência à seca ou sabor.


Essas fazendas devem estar sujeitas aos mesmos controles rígidos e considerações éticas que, digamos, a criação de safras geneticamente modificadas, por exemplo, permitindo que uma instalação inteira seja fechada com o toque de um botão ou limitando o fornecimento de matéria-prima. Além disso, também é importante considerar a possibilidade de que a evolução pode resultar em robôs exibindo comportamentos maliciosos ou prejudiciais e adotar medidas preventivas adequadas.


A ideia de evolução digital - imitar a evolução biológica em software para produzir sucessivamente soluções cada vez melhores para um problema ao longo do tempo - não é nova. Isso pode ser rastreado até a década de 1960, quando engenheiros na Alemanha programaram um computador para desenvolver o projeto ideal de uma placa articulada sujeita a fluxo de ar turbulento. Desde então, "algoritmos evolutivos" operando dentro de um computador têm sido usados ​​para projetar tudo, desde tabelas até pás de turbina, simplesmente dizendo ao processo evolutivo qual métrica ele deve buscar otimizar (por exemplo, a energia gerada pela pá da turbina). Em 2006, a Nasa enviou um satélite ao espaço com uma antena de comunicação projetada por evolução artificial.


Estamos agora em um momento de descoberta. Enquanto os cientistas sempre estiveram confiantes de que a evolução digital poderia ser eficaz como uma ferramenta de otimização, sua criatividade na produção de designs originais e incomuns que não teriam sido concebidos por um humano tem sido mais surpreendente. A criatividade da evolução biológica é claramente aparente no mundo natural. Na floresta cubana, as videiras desenvolveram folhas em forma de antenas parabólicas que amplificam os sinais propagados pelos morcegos ecolocalizadores para direcioná-los às suas flores, aumentando a polinização. No congelante Oceano Antártico, os peixes fabricam suas próprias proteínas “anticongelantes” para sobreviver.

Mas numerosos exemplos de criatividade na evolução digital também foram observados. Solicitada a encontrar comportamentos para um robô de seis pernas que permitiria que ele andasse mesmo se tivesse sido danificado, a evolução digital descobriu várias maneiras de andar que usavam apenas subconjuntos das pernas, até mesmo descobrindo uma maneira de o robô se mover se todos os seus pernas foram arrancadas, arrastando-se em suas costas. Em outro caso, ele desenvolveu um circuito eletrônico em um chip onde os elementos do circuito eram desconectados, explorando efeitos de acoplamento eletromagnético específicos para falhas no silício no chip real.

A evolução digital agora encontra aplicação em caminhos que podemos imaginar como exclusivamente humanos, por exemplo, na criação de música e arte (até mesmo ganhando um prêmio em uma competição de arte da Universidade de Wyoming, onde os juízes não sabiam que a imagem vencedora foi criada por um algoritmo). Embora isso possa soar para os não iniciados como inteligência artificial, a evolução digital é um subconjunto específico desse campo mais amplo.

A ideia de aproveitar a evolução para projetar robôs é particularmente atraente, especialmente nos casos em que os humanos têm pouco conhecimento do ambiente em que o robô deve operar - por exemplo, mineração submarina, limpeza de resíduos legados dentro de um reator nuclear ou usando nano robôs para entregar drogas dentro do corpo humano. Ao contrário da evolução natural, que é impulsionada simplesmente pelos objetivos de “sobrevivência e reprodução”, a evolução artificial pode ser impulsionada por alvos específicos. Uma vez que este processo evolutivo é colocado em cadeia, e com a tecnologia descrita acima, de um sistema de computador instruindo uma impressora 3D a criar modelos aprimorados dos robôs para esses ambientes específicos, temos o início de uma estrutura teórica para um robô autossustentável população que é capaz de se reproduzir e “evoluir” sem muita contribuição dos humanos.

O que não quer dizer que os humanos sejam redundantes. A evolução digital provavelmente será um processo colaborativo entre o homem e a máquina, com os humanos fornecendo descrições do que é desejado, enquanto a evolução fornece o como . Assim, por exemplo, um humano pode exigir um “robô com eficiência energética feito de materiais sustentáveis ​​para mover resíduos pesados ​​dentro de um reator”, deixando a evolução para descobrir como isso pode ser alcançado. Os avanços na tecnologia de fabricação que facilitam a prototipagem rápida e automatizada em uma variedade de materiais, incluindo plásticos macios flexíveis, têm desempenhado um papel importante no aumento de nossa capacidade de replicar a evolução em escalas de tempo práticas.

Se tudo isso parece beirar a ficção científica, há um ponto sério. Os robôs claramente têm um papel a cumprir em nosso futuro, seja na revolução da saúde ou na realização de tarefas perigosas demais para os humanos. Estamos consumindo rapidamente os estoques de matérias-primas em nosso planeta, e os atuais processos de fabricação aumentam as emissões de carbono e criam sérios problemas com o descarte de resíduos. Talvez a criatividade dos métodos evolutivos possibilite o projeto de novos tipos de robôs, livres das restrições que nossa compreensão da engenharia, física e ciência dos materiais impõe aos processos de projeto atuais.

De outra perspectiva, até descobrirmos a vida extraterrestre, os biólogos têm apenas um “sistema” para estudar a evolução. Assim como o Large Hadron Collider nos fornece um instrumento para estudar as complexidades da física de partículas, talvez um sistema reprodutor de robôs forneça um novo instrumento para estudar questões fundamentais sobre a própria vida.

  • Emma Hart é professora da Escola de Computação da Edinburgh Napier University e membro do projeto Autonomous Robot Evolution: Cradle to Grave da University of York



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