Robotikere overvejer grundlæggende deres håndværk. Partikelrobotter ligner ikke biologiske væsener, men de er konstrueret som biologiske systemer, store i kompleksitet og evner, men alligevel sammensat af enkle dele. Er de et skridt hen imod den ordsproglige 'grå goo'?
Når du tænker på robotter, er de første ting, der måske kommer op i tankerne, androider, som dem i science fiction-film og tv-shows som "Star Wars" eller "The Orville". Eller måske ser du for dig industrirobotter, der bygger biler på samlebånd. Begge disse slags ægte og sci-fi robotter består af mange komplekse dele. De er normalt designet til et specifikt formål.
Nu siger forskere ved MIT, Columbia University, Cornell University og Harvard University, at de forsøger at overveje robotik på en grundlæggende måde. Til dette formål har de udviklet en ny type robot-system - partikelrobotter - inspireret af adfærd fra biologiske celler. Er udviklingen af partikeldobotter et skridt hen imod futuristisk grå goo, det vil sige robotter, der består af milliarder af nanopartikler? Måske. Forskerne siger, at de husker robotter, der kan udforske nye terræn eller rense forurenede områder. De annoncerede deres nye koncept den 20. marts 2019. Det tilknyttede fagfællebedømte artikel blev offentliggjort i tidsskriftetNatur samme dag.
Som navnet antyder er disse robotter sammensat af "partikler" - individuelle og identiske skiveformede enheder, der er løst forbundet med magneter omkring deres perimeter. Partiklerne kan kun udvide og sammentrykke; det lyder ikke som meget, men når deres bevægelser er omhyggeligt tidsbestemt, skubber de og trækker på hinanden i en koordineret, glat bevægelse.
De kan endda navigere mod lyskilder. Som forklaret af Daniela Rus, direktør for datalogi og kunstig intelligenslaboratorium (CSAIL) og Andrew og Erna Viterbi professor i elektroteknik og datalogi ved MIT:
Vi har små robotceller, der ikke er så dygtige som enkeltpersoner, men som kan udrette meget som en gruppe. Roboten i sig selv er statisk, men når den forbindes med andre robotpartikler, kan pludselig robotkollektivet udforske verden og kontrollere mere komplekse handlinger. Med disse 'universelle celler' kan robotpartiklerne opnå forskellige former, global transformation, global bevægelse, global opførsel, og som vi har vist i vores eksperimenter, følger lysgradenter. Dette er meget magtfuldt.
Selvom partiklerne fungerer som en enhed, kommunikerer de ikke direkte med hinanden, så partikler kan fjernes eller tilføjes efter behov. Selv hvis flere partikler ikke fungerer, kan de stadig udføre opgaver. De er også meget fleksible, idet de er i stand til at navigere rundt i forhindringer og klemme gennem trange huller. Ifølge forskerne kunne disse typer robotter muliggøre mere skalerbare, fleksible og robuste systemer.
Så hvordan fungerer disse partikler og interagerer med hinanden?
Da partiklerne er skiver, kan de rotere omkring hinanden - slags lignende gear - samt tilslutte og frakoble, og danne mange forskellige konfigurationer. De er programmeret til at sammentrykke og udvide i en nøjagtig rækkefølge - dette skubber og trækker hele aggregatet af partikler mod en lyskilde. Partiklerne har algoritmer, der analyserer udsendte informationer om lysintensiteten fra hver anden partikel uden behov for direkte partikel-til-partikel-kommunikation.
Et andet billede af diske i en partikelrobot. Billede via Columbia Engineering.
Partikeldobotter kan bruge de kombinerede bevægelser af partiklerne til at bevæge sig mod en lyskilde som en enhed. Billede via Columbia Engineering.
Hver partikel registrerer intensiteten af lys fra en lyskilde, og signalet, den sender, deler den beregnede intensitet med hver anden partikel. Som man kunne forvente, jo tættere en partikel er på lyskilden, jo stærkere er intensiteten. Partikel, der detekterer den højeste lysintensitet, udvides først. Derefter vil de næste partikler i rækkefølge ekspandere, når de første partikler begynder at trække sig sammen igen. Præcis timing fra et delt synkroniseret ur blandt partiklerne er afgørende. Shuguang Li, en CSAIL postdoc hos MIT, forklarede det på denne måde:
Dette skaber en mekanisk ekspansionskontraktionsbølge, en koordineret skubbe- og trækbevægelse, der bevæger en stor klynge mod eller væk fra miljøstimuleringer. Hvis du roterer det synkroniserede ur, fungerer systemet mindre effektivt.
Resultaterne kan være ekstraordinære - selv simulerede klynger på op til 10.000 partikler opretholdt deres bevægelse på halvdelen af deres hastighed, når op til 20 procent af partiklerne mislykkedes. Ifølge Hod Lipson hos Columbia Engineering:
Det er lidt som den ordsprægede 'grå goo.' Den vigtigste nyhed her er, at du har en ny type robot, der ikke har nogen central kontrol, ikke et enkelt mislykkelsespunkt, ingen fast form, og dens komponenter har ingen unik identitet.
Når de fleste mennesker tænker på robotter, kan dem som C-3PO og R2-D2 fra Star Wars komme til at tænke på. Billede via Gordon Tarpley, CC BY-SA.
Fremtiden for denne nye robotteknologi er endnu mere forbløffende - robotter sammensat af millioner af sådanne partikler, der alle arbejder sammen. Som bemærket af Lipson:
Vi tror, det vil være muligt en dag at fremstille denne slags robotter af millioner af små partikler, som mikroperler, der reagerer på lyd eller lys eller kemisk gradient. Sådanne robotter kunne bruges til at gøre ting som at rydde op i områder eller udforske ukendte terræn / strukturer.
Vi har forsøgt at grundlæggende revurdere vores tilgang til robotik for at finde ud af, om der er en måde at gøre robotter anderledes på. Ikke bare få en robot til at ligne en biologisk væsen, men faktisk konstruere den som et biologisk system for at skabe noget, der er enormt i kompleksitet og evner, men alligevel består af grundlæggende enkle dele.
Disse skiveformede partikler klynger sig sammen for at danne en "partikelrobot", der kan bevæge sig mod lys og bære andre genstande. Billede via Felice Frankel / MIT.
Nederste linje: Robotikere har overvejet den måde, de bygger robotter på. Partikelrobotter ligner ikke biologiske væsener, men de er konstrueret som biologiske systemer, store i kompleksitet og evner, men alligevel sammensat af grundlæggende enkle dele. Er partikelrobotter et skridt hen imod den sproglige ‘grå goo’?