Foi sugerido que um grupo avançado de robôs será necessário se os humanos quiserem se estabelecer em outros planetas. Enviados à frente para criar condições favoráveis para a humanidade, esses robôs precisarão ser resistentes, adaptáveis e recicláveis se quiserem sobreviver nos climas cósmicos inóspitos que os aguardam.
Colaborando com roboticistas e cientistas da computação, minha equipe e eu temos trabalhado exatamente nesse conjunto de robôs. Produzidos por meio de impressora 3-D – e montados de forma autônoma – os robôs que estamos criando evoluem continuamente para otimizar rapidamente para as condições em que se encontram.
Nosso trabalho representa o mais recente progresso em direção ao tipo de ecossistema autônomo de robôs que poderia ajudar a construir as futuras casas da humanidade, longe da Terra e longe da supervisão humana.
Robôs subindo
Os robôs já percorreram um longo caminho desde nossas primeiras incursões desajeitadas no movimento artificial, muitas décadas atrás. Hoje, empresas como a Boston Dynamics produzem robôs ultraeficientes que carregam caminhões, constroem paletes e movimentam caixas pelas fábricas, realizando tarefas que você poderia pensar que apenas humanos poderiam realizar.
Apesar desses avanços, projetar robôs para trabalhar em ambientes desconhecidos ou inóspitos – como exoplanetas ou fossas oceânicas profundas – ainda representa um desafio considerável para cientistas e engenheiros. Lá fora, no cosmos, que formato e tamanho deve ter o robô ideal? Deve rastejar ou andar? De quais ferramentas ele precisará para manipular seu ambiente – e como ele sobreviverá a extremos de pressão, temperatura e corrosão química?
Um quebra-cabeças impossível para os humanos, a natureza já resolveu esse problema. A evolução darwiniana resultou em milhões de espécies que estão perfeitamente adaptadas ao seu ambiente. Embora a evolução biológica leve milhões de anos, a evolução artificial – modelagem de processos evolutivos dentro de um computador – pode ocorrer em horas, ou mesmo minutos. Cientistas da computação têm aproveitado sua energia por décadas, resultando em bicos de gás para antenas de satélite que são perfeitamente adequadas para sua função, por exemplo.
Mas a atual evolução artificial dos objetos físicos em movimento ainda requer uma grande supervisão humana, exigindo um ciclo de feedback estreito entre o robô e o ser humano. Se a evolução artificial é projetar um robô útil para a exploração exoplanetária, precisaremos remover o humano do loop. Em essência, os projetos de robôs evoluídos devem fabricar, montar e testar a si mesmos de forma autônoma – livres da supervisão humana.
Seleção não natural
Todos os robôs evoluídos precisam ser capazes de sentir seu ambiente e ter diversos meios de se mover – por exemplo, usando rodas, pernas articuladas ou mesmo uma mistura dos dois. E para resolver a lacuna de realidade inevitável que ocorre ao transferir um design de software para hardware, também é desejável que pelo menos alguma evolução ocorra no hardware – dentro de um ecossistema de robôs que evoluem em tempo real e espaço real.
O projeto Autonomous Robot Evolution (ARE) aborda exatamente isso, reunindo cientistas e engenheiros de quatro universidades em um ambicioso projeto de quatro anos para desenvolver essa nova tecnologia radical.
Conforme descrito acima, os robôs “nascerão” por meio do uso da manufatura 3-D. Usamos um novo tipo de arquitetura evolutiva híbrida de hardware-software para design. Isso significa que todo robô físico possui um clone digital. Os robôs físicos têm seu desempenho testado em ambientes do mundo real, enquanto seus clones digitais entram em um programa de software, onde passam por uma rápida evolução simulada. Este sistema híbrido apresenta um novo tipo de evolução: novas gerações podem ser produzidas a partir da união das características mais bem-sucedidas de uma “mãe” virtual e um “pai” físico.
Além de serem renderizados em nosso simulador, robôs “crianças” produzidos por meio de nossa evolução híbrida também são impressos em 3D e introduzidos em um ambiente semelhante ao de uma creche do mundo real. Os indivíduos mais bem-sucedidos neste centro de treinamento físico tornam seu “código genético” disponível para reprodução e para o aprimoramento das gerações futuras, enquanto robôs menos “adaptados” podem simplesmente ser içados e reciclados em novos como parte de um ciclo evolutivo contínuo.
Dois anos após o início do projeto, avanços significativos foram feitos. De uma perspectiva científica, projetamos novos algoritmos evolutivos artificiais que produziram um conjunto diversificado de robôs que dirigem ou rastejam e podem aprender a navegar por labirintos complexos. Esses algoritmos evoluem tanto o plano corporal quanto o cérebro do robô.
O cérebro contém um controlador que determina como o robô se move, interpretando as informações sensoriais do ambiente e traduzindo isso em controles motores. Uma vez que o robô é construído, um algoritmo de aprendizagem refina rapidamente o cérebro da criança para levar em conta qualquer incompatibilidade potencial entre seu novo corpo e seu cérebro herdado.
De uma perspectiva de engenharia, projetamos o “RoboFab” para automatizar totalmente a fabricação. Este braço robótico conecta fios, sensores e outros “órgãos” escolhidos pela evolução ao chassi impresso em 3-D do robô. Projetamos esses componentes para facilitar a montagem rápida, dando ao RoboFab acesso a uma grande caixa de ferramentas de membros e órgãos do robô.
Depósito de lixo
O primeiro caso de uso importante que planejamos abordar é implantar essa tecnologia para projetar robôs para realizar a limpeza de resíduos legados em um reator nuclear – como aquele visto na minissérie de TV Chernobyl. Usar humanos para essa tarefa é perigoso e caro, e as soluções robóticas necessárias ainda precisam ser desenvolvidas.
Olhando para o futuro, a visão de longo prazo é desenvolver a tecnologia o suficiente para permitir a evolução de ecossistemas robóticos autônomos inteiros que vivem e trabalham por longos períodos em ambientes desafiadores e dinâmicos sem a necessidade de supervisão humana direta.
Nesse novo paradigma radical, os robôs são concebidos e nascidos, em vez de projetados e fabricados. Esses robôs mudarão fundamentalmente o conceito de máquinas, apresentando uma nova geração que pode mudar sua forma e comportamento com o tempo – assim como nós.
Publicado em 03/02/2021 15h29
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