Evolusi adalah sebuah perjalanan. Di satu sisi, ini tampaknya menjadi mekanisme sederhana - individu yang lebih baik beradaptasi dengan lingkungan melahirkan lebih banyak anak, dan kurang beradaptasi tidak bertambah banyak, dan gen mereka disaring. Di sisi lain, ia mampu menghasilkan berbagai organisme yang menakjubkan. Beberapa hewan terbang dengan sayap berbulu, yang lain dengan selaput membentang di antara jari-jari. Beberapa berlari dengan dua kaki, yang lain dengan empat. Dan semuanya dengan caranya sendiri disesuaikan dengan lingkungannya.
Evolusi sangat kuat, dan para ahli robotika beralih ke kekuatan ini hari ini untuk mendapatkan inspirasi. Sebuah studi konseptual baru oleh para ilmuwan Australia sedang mengeksplorasi bagaimana algoritma evolusioner dapat menelurkan kaki untuk robot yang diadaptasi untuk berjalan di permukaan tertentu. Hasilnya logis, berlawanan dengan intuisi, dan aneh - dan juga mengisyaratkan cara baru untuk membuat mesin berjalan.
Peneliti mulai dengan 20 bentuk acak kaki digital, dibatasi oleh ukuran tertentu (kita tidak perlu kaki tiga meter dari mimpi buruk). Setiap sirkuit didasarkan pada elemen yang dikenal sebagai
kurva Bezier . "Kurva Bezier dapat dilihat di Microsoft Paint, di mana Anda menentukan kurva untuk beberapa titik kontrol, hanya kami menggunakannya dalam tiga dimensi," kata peneliti David Howard dari Organisasi Publik Australia untuk Riset Ilmiah dan Industri. Sistem memproyeksikan kurva-kurva ini ke grid piksel tiga dimensi -
voxel . "Pada titik di mana kurva bersilangan dengan voxel, kami menempatkan materi kami," tambah Howard. "Semua yang lain tetap kosong." Akibatnya, setiap rangkaian menjadi unik.
Simulasi mempelajari kebugaran kaki yang dihasilkan untuk berjalan di tiga permukaan yang berbeda: tanah padat, kerikil, dan air. Sederhananya, alih-alih memilih properti seperti penglihatan yang baik atau kamuflase, seperti yang terjadi selama seleksi alam, sistem memilih skema untuk torsi yang harus dikembangkan motor untuk memutar kaki dengan panjang tertentu ketika berjalan di permukaan tertentu. Dengan kata lain, kaki yang baik adalah kaki yang hemat energi. Bonus juga diberikan untuk kaki yang membutuhkan lebih sedikit bahan.
"Untuk permukaan kerikil tempat kaki berjalan, kami menghitung gaya yang bekerja pada setiap kerikil," kata Howard. "Ini memberi kita ide yang sangat akurat tentang apa yang dilakukan kaki di lingkungan." Hal yang sama terjadi dengan air dan tanah padat.
Kemudian para peneliti mengambil 20 kaki asli dan menggabungkannya dengan yang menunjukkan yang terbaik. Mereka memilih kaki yang paling disesuaikan untuk membuat kaki anak perempuan, sedikit seperti yang orang tua. "Kami hanya melakukannya berulang-ulang," kata Howard. Selama seribu generasi. Akibatnya, setengah dari populasi, yang menunjukkan hasil terburuk, menghilang, ketika hewan menghilang di alam di bawah pengaruh faktor lingkungan. "Dan kemudian kita menerapkan adaptasi otomatis ke lingkungan."
Pada gambar di atas, di baris pertama adalah kaki, yang dianggap algoritma paling efektif untuk berjalan di permukaan yang keras. Baris tengah lebih disukai untuk kerikil, bagian bawah untuk air.
Kaki seperti pisau adalah pilihan logis untuk berjalan di tanah yang keras. Karena sulit, kaki yang sempit tidak akan jatuh. "Jadi kaki untuk kerikil lebih tebal, mereka membutuhkan jejak kaki yang lebih luas," kata Howard. Mereka membantu kaki berjalan di atas kerikil, tidak jatuh seperti sepatu salju.
Kaki tebal disesuaikan untuk air? Ini masih merupakan misteri. "Sesuatu yang aneh terjadi dengan air, kami mengharapkan sesuatu yang tampak seperti bilah, seperti berjalan di permukaan yang keras," kata Howard. Ini akan memungkinkan mereka untuk memotong air. Anda juga bisa mengharapkan tungkai yang lebih tipis dari sistem, mengingat semua tugas awal. “Tapi kaki yang sempit tidak berhasil. Kami belum yakin mengapa. ”
Juga agak aneh adalah beberapa tonjolan, terutama pada kaki yang ditujukan untuk tanah. "Kami menyukai teori bahwa mereka memiliki tujuan mereka sendiri," kata Howard. Tetapi pada kenyataannya, ketika menandai kurva Bezier pada kisi voxel, bagiannya, yang tampaknya tidak berguna, sebenarnya adalah bagian dari kurva yang jauh lebih besar yang menyediakan struktur di dalam kaki. " Tonjolan terlihat brutal, tetapi pada kenyataannya, itu hanya artefak yang tidak membantu, tetapi juga tidak mengganggu kaki. Howard dan rekannya mengubah sistem sehingga mengenali dan menghapusnya secara otomatis.
Para peneliti mencetak kaki-kaki ini pada printer 3D, dan menghubungkannya ke robot berkaki enam. Sekarang mereka berencana untuk menguji efektivitas mereka pada permukaan nyata dibandingkan dengan kaki yang dirancang oleh manusia. Tim telah memasukkan contoh kaki seperti itu ke dalam simulator, dan ternyata kaki yang diperoleh sebagai hasil dari "evolusi" tidak lebih buruk, dan terkadang lebih baik, buatan.
Mengapa Anda perlu melakukan upaya untuk mensimulasikan evolusi robot? Misalnya, Anda dapat memberikan robot spesialisasi sempit untuk bergerak pada permukaan tertentu, dan tidak didasarkan pada kaki yang digunakan secara luas. Secara teoritis, ini akan memungkinkan robot untuk mengatasi lebih baik dalam situasi tertentu, misalnya, ketika mengatasi bukit pasir.
"Jika Anda ingin menggunakan robot di lingkungan yang berbeda, Anda cukup memulai ulang algoritme," kata Tonnes Nigaard, yang mempelajari perubahan bentuk di bawah pengaruh evolusi robot di Universitas Oslo, dan tidak berpartisipasi dalam pekerjaan ini. "Jika Anda mengembangkan sistem yang dirancang khusus untuk tujuan tertentu, maka pada tahap desain selanjutnya, ini mungkin sudah mustahil."
Sistem Nigaard, robot berkaki empat dengan kaki teleskopik, berevolusi saat bepergian. Dengan mencoba-coba - yaitu, sering jatuh - ia belajar berjalan, misalnya, permukaan es, memperpendek kakinya untuk menurunkan pusat gravitasinya. Di dalam ruangan, ia dapat memperpanjang mereka untuk menambah panjang langkah dan meningkatkan efisiensi gerakan. Anda mungkin dapat menggabungkan dua teknologi ini: gunakan simulasi untuk mengembangkan desain kaki yang cocok, dan kemudian membangunnya menjadi mesin nyata yang dapat berubah.
Dan jika evolusi berhasil dengan baik, maka itu mengejutkan. "Evolusi mencari jawaban dalam pilihan yang jauh lebih luas," kata Howard. "Dia tidak peduli bagaimana hasilnya nanti." Dia mungkin terlihat sangat berlawanan dengan intuisi, tidak seperti yang dipikirkan oleh insinyur manusia. Tetapi jika itu berhasil, tidak ada hal lain yang penting. ”