التطور رحلة. من ناحية ، يبدو أن هذه آلية بسيطة - الأفراد الأكثر تكيفًا مع البيئة يلدون المزيد من الأطفال ، والأقل تكيفًا لا يتكاثر كثيرًا ، ويتم تصفية جيناتهم. من ناحية أخرى ، كانت قادرة على توليد مجموعة مذهلة من الكائنات الحية. تطير بعض الحيوانات بأجنحة ذات ريش ، والبعض الآخر بأغشية ممتدة بين الأصابع. يركض البعض على ساقين ، والبعض الآخر على أربعة. وكلها بطريقتها الخاصة تتكيف مع محيطها.
التطور قوي ، ويلجأ خبراء الروبوتات إلى هذه القوة اليوم للإلهام. تستكشف دراسة مفاهيمية جديدة من قبل علماء أستراليين كيف يمكن للخوارزميات التطورية أن تفرز أرجلًا للروبوتات المكيفة للمشي على أسطح معينة. كانت النتائج منطقية ومضادة للحدس وغريبة - وألمحت أيضًا إلى طريقة جديدة لصنع آلات المشي.
بدأ الباحثون بـ 20 شكلًا عشوائيًا من الأرجل الرقمية ، محدودة بحجم معين (لا نحتاج إلى أرجل ثلاثة أمتار من الكوابيس). تعتمد كل دائرة على عناصر تعرف باسم
منحنيات بيزييه . يقول الباحث ديفيد هوارد من المنظمة العامة الأسترالية للأبحاث العلمية والصناعية: "يمكن رؤية منحنى Bezier في Microsoft Paint ، حيث يمكنك تحديد منحنى لعدة نقاط تحكم ، ونحن فقط نستخدمها في ثلاثة أبعاد". يعرض النظام هذه المنحنيات على شبكة من البكسل ثلاثي الأبعاد -
فوكسلز . يضيف هوارد: "في النقطة التي يتقاطع فيها المنحنى مع فوكسل ، نضع مادتنا". "كل شيء آخر لا يزال فارغًا". ونتيجة لذلك ، تصبح كل دائرة فريدة.
تدرس المحاكاة لياقة الساق الناتجة للمشي على ثلاثة أسطح مختلفة: التربة الصلبة والحصى والماء. ببساطة ، بدلاً من اختيار خصائص مثل الرؤية الجيدة أو التمويه ، كما يحدث أثناء الانتقاء الطبيعي ، يختار النظام مخططات لعزم الدوران الذي يجب على المحرك تطويره من أجل تدوير ساق بطول معين عند المشي على سطح معين. وبعبارة أخرى ، الساق الجيدة هي ساق موفرة للطاقة. كما تم منح مكافآت للأرجل التي تتطلب مواد أقل.
يقول هوارد: "بالنسبة لسطح الحصى الذي تسير عليه القدم ، نحسب القوى المؤثرة على كل حصاة". "إنها تعطينا فكرة دقيقة للغاية عما تفعله القدم في البيئة." يحدث الشيء نفسه مع الماء والتربة الصلبة.
ثم أخذ الباحثون 20 من الأرجل الأصلية ودمجوها مع تلك التي أظهرت أنفسهم أفضل. اختاروا الأرجل الأكثر تكيفًا لإنشاء أرجل الابنة ، مثل الساقين الأم. يقول هوارد: "نحن نقوم بذلك مرارًا وتكرارًا". لآلاف الأجيال. ونتيجة لذلك ، اختفى نصف السكان ، الذي أظهر أسوأ النتائج ، حيث تختفي الحيوانات في الطبيعة تحت تأثير العوامل البيئية. "ثم نطبق التكيف التلقائي مع البيئة".
في الصورة أعلاه ، في الصف الأول توجد الأرجل ، والتي تعتبرها الخوارزمية الأكثر فعالية للمشي على سطح صلب. يُفضل الصف الأوسط للحصى ، القاع للماء.
الأرجل الشبيهة بالشفرة هي خيار منطقي للمشي على أرض صلبة. نظرًا لأنه صعب ، لن تسقط الأرجل الضيقة. قال هوارد: "لذا أرجل الحصى أكثر سمكًا ، فهي تحتاج إلى آثار أقدام أوسع". يساعدون الساقين على المشي على الحصى ، وليس السقوط مثل أحذية الثلج.
أرجل سميكة تتكيف مع الماء؟ هذا لا يزال لغزا. قال هوارد: "حدث شيء غريب مع الماء ، توقعنا شيئًا يشبه الشفرات ، مثل المشي على سطح صلب". هذا سيسمح لهم بقطع المياه. يمكنك أيضًا توقع أطراف أرق من النظام ، نظرًا لجميع المهام الأولية. "لكن الأرجل الضيقة لم تنجح. لسنا متأكدين تمامًا لماذا بعد ".
كانت غريبة أيضًا بعض النتوءات ، خاصة على الأرجل المخصصة للتربة. يقول هوارد: "نحن نحب النظرية القائلة بأن لديهم هدفهم الخاص". ولكن في الواقع ، عند وضع علامة على منحنى Bezier على شبكة شعر voxel ، فإن جزءه ، الذي يبدو عديم الفائدة ، هو في الواقع جزء من منحنى أكبر يوفر بنية داخل الساق ". النتوءات تبدو وحشية ، لكن في الواقع ، إنها مجرد قطع أثرية لا تساعد ، ولكنها أيضًا لا تتداخل مع الساقين. قام هوارد وزملاؤه بتعديل النظام حتى يتعرف عليه ويحذفه تلقائيًا.
طبع الباحثون هذه الأرجل على طابعة ثلاثية الأبعاد ، وربطوها بروبوت سداسي الأرجل. الآن يخططون لاختبار فعاليتهم على سطح حقيقي مقارنة بالأرجل المصممة من قبل البشر. لقد قام الفريق بالفعل بتحميل أمثلة على هذه الأرجل في جهاز المحاكاة ، وتبين أن الأرجل التي تم الحصول عليها نتيجة لـ "التطور" ليست أسوأ ، وأحيانًا أفضل ، اصطناعية.
لماذا تحتاج إلى بذل جهد في محاكاة تطور الروبوتات؟ على سبيل المثال ، يمكنك منح الروبوت تخصصًا ضيقًا للتحرك على سطح معين ، ولا يعتمد على أرجل ذات استخدام واسع النطاق. نظريًا ، سيسمح هذا للروبوت بالتعامل بشكل أفضل في مواقف معينة ، على سبيل المثال ، عند التغلب على الكثبان الرملية.
يقول Tonnes Nigaard ، الذي يدرس تغيير الشكل تحت تأثير تطور الروبوتات في جامعة أوسلو ، ولم يشارك في هذا العمل: "إذا كنت ترغب في استخدام الروبوت في بيئة مختلفة ، يمكنك ببساطة إعادة تشغيل الخوارزمية". "إذا قمت بتطوير نظام مصمم خصيصًا لغرض معين ، فقد يكون هذا مستحيلًا في المراحل اللاحقة من التصميم".
يتطور نظام Nigaard ، وهو روبوت بأربعة أرجل بأرجل متداخلة ، أثناء التنقل. من خلال التجربة والخطأ - أي السقوط غالبًا - يتعلم المشي ، على سبيل المثال ، على سطح جليدي ، يقصر ساقيه لخفض مركز ثقله. في الداخل ، يمكنه تطويلها لزيادة طول الخطوة وزيادة كفاءة الحركة. قد يكون من الممكن الجمع بين هاتين التقنيتين: استخدام المحاكاة لتطوير تصميم قدم مناسب ، ثم بناءه في آلة حقيقية يمكن أن تتغير.
وإذا نجح التطور في الأداء الجيد ، فمن المفاجئ. يقول هاورد: "التطور يبحث عن إجابات في نطاق أوسع بكثير من الخيارات". "إنها لا تهتم كيف يبدو الشيء الناتج." قد تبدو غير بديهية تمامًا ، وليس كما كان يعتقد مهندس بشري. ولكن إذا نجحت ، فلا شيء آخر يهم ".