Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad Northwestern ha desarrollado la primera inteligencia artificial (IA) hasta la fecha que puede diseñar robots de forma inteligente desde cero.

Para probar la nueva inteligencia artificial, los investigadores le dieron al sistema una idea simple: diseñar un robot que pueda caminar sobre una superficie plana. Si bien a la naturaleza le llevó miles de millones de años desarrollar la primera especie andante, un nuevo algoritmo ha comprimido la evolución a la velocidad del rayo, diseñando con éxito un robot andante en cuestión de segundos.

Pero el software de IA no sólo es rápido. También trabaja en una PC liviana y diseña arquitecturas completamente nuevas desde cero. Esto contrasta marcadamente con otros sistemas de IA, que a menudo requieren supercomputadoras que consumen mucha energía y conjuntos de datos masivos. Incluso después de analizar todos estos datos, estos sistemas siguen estando limitados por las limitaciones de la creatividad humana, simplemente imitando acciones humanas pasadas sin la capacidad de generar nuevas ideas.

el Estudio publicado hoy (3 de octubre) en Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

“Hemos descubierto un algoritmo de diseño extremadamente rápido basado en IA que evita los atascos de la evolución, sin caer en el sesgo de los diseñadores humanos”, dijo Northwestern. Sam Kriegman, quien dirigió el trabajo. “Le dijimos a la IA que queríamos un robot que pudiera caminar a través de la Tierra. Luego simplemente presionamos un botón y ¡listo! Produjo un plano para un robot en un abrir y cerrar de ojos que no se parecía a ningún animal que hubiera caminado jamás sobre la Tierra. Tierra. A este proceso lo llamo ‘evolución instantánea’”.

Kriegman es profesor asistente de informática, ingeniería mecánica e ingeniería química y biológica en la Universidad Northwestern. Escuela de Ingeniería McCormickdonde es miembro de Centro de Robótica y Biosistemas. David Matthews, científico del laboratorio de Kriegman, es el primer autor de este artículo. Kriegman y Matthews trabajaron estrechamente con los coautores Andrew Spielberg y Daniela Ross (MIT) y Josh Bongard (Universidad de Vermont) durante varios años antes de su sorprendente descubrimiento.

De xenobots a nuevos organismos

Un xenobot diseñado por IA (derecha, rojo) recolecta células de rana sueltas en una bola.

A principios de 2020, Kriegman recibió una amplia atención de los medios. Desarrollo de robots Xenobot, los primeros robots vivos hechos íntegramente de células biológicas. Ahora, Kriegman y su equipo consideran que la nueva inteligencia artificial es el próximo avance en su búsqueda para explorar el potencial de la vida artificial. El robot en sí es modesto: pequeño, blando y deforme. Actualmente, está fabricado con materiales inorgánicos. Pero Kriegman dice que representa el primer paso en una nueva era de herramientas diseñadas para la inteligencia artificial que, como los animales, puede impactar directamente al mundo.

“Cuando la gente mira este robot, puede que vean una herramienta inútil”, dijo Kriegman. “Veo el nacimiento de un organismo completamente nuevo”.

Cero para caminar en segundos

Si bien un programa de IA puede comenzar con cualquier indicación, Kriegman y su equipo comenzaron con una simple solicitud para diseñar una máquina física capaz de caminar sobre la Tierra. Aquí terminó el aporte de los investigadores y la inteligencia artificial tomó el relevo.

La computadora comenzó con un bloque del tamaño de una pastilla de jabón. Puede temblar pero definitivamente no caminar. Sabiendo que aún no había logrado su objetivo, la IA rápidamente repitió el diseño. Con cada iteración, la IA evaluó su diseño, identificó fallas y recortó la masa simulada para actualizar su estructura. Finalmente, el robot simulado puede saltar en el lugar, saltar hacia adelante y luego moverse. Finalmente, después de sólo nueve intentos, se produjo un robot que podía caminar a la mitad de la longitud de su cuerpo por segundo, aproximadamente la mitad de la velocidad de un paso humano promedio.

Todo el proceso de diseño, desde un bloque informe e inmóvil hasta un robot que camina completamente, tomó sólo 26 segundos en una computadora portátil.

“Ahora cualquiera puede observar la evolución en acción a medida que la inteligencia artificial crea cuerpos robóticos cada vez mejores en tiempo real”, dijo Kriegman. “Anteriormente, los robots avanzados requerían semanas de prueba y error en una supercomputadora y, por supuesto, antes de que cualquier animal pudiera correr, nadar o volar alrededor de nuestro mundo, hubo miles de millones de años de prueba y error. Eso se debe a que la evolución no tiene previsión. No puedo ver el futuro”. Para descubrir si una mutación particular sería beneficiosa o desastrosa, encontramos una manera de eliminar esta banda, comprimiendo así miles de millones de años de evolución en un solo momento.

Redescubrir las piernas

Por sí sola, la inteligencia artificial sorprendentemente ha encontrado la misma solución para caminar que la naturaleza: las piernas. Pero a diferencia de los diseños simétricos de la naturaleza, la IA ha adoptado un enfoque diferente. El robot resultante tiene tres patas, aletas a lo largo de su espalda y una cara plana y picada de viruela.

“Es interesante porque no le dijimos a la IA que el robot debería tener piernas”, dijo Kriegman. “Se ha descubierto que las piernas son una buena forma de moverse en tierra. El movimiento con las piernas es en realidad la forma más eficiente de locomoción terrestre.

Para ver si el robot simulado podría funcionar en la vida real, Kriegman y su equipo utilizaron el robot de IA como modelo. Primero, imprimieron en 3D una plantilla del espacio negativo alrededor del cuerpo del robot. Luego llenaron el molde con goma de silicona líquida y lo dejaron secar durante unas horas. Cuando el equipo sacó la silicona endurecida del molde, se volvió blanda y flexible.

Ahora es el momento de ver si el comportamiento del robot simulado (caminar) se conserva en el mundo físico. Los investigadores llenaron el cuerpo de goma del robot con aire, provocando que sus tres patas se expandieran. A medida que el aire se desinfla del cuerpo del robot, las piernas se desinflan. Al bombear aire constantemente al robot, este se expandió y luego se contrajo repetidamente, provocando un movimiento lento pero constante.

Diseño inusual

Si bien el desarrollo de las piernas tiene sentido, los agujeros son una adición extraña. La IA hizo agujeros por todo el cuerpo del robot en lugares aparentemente aleatorios. Kriegman plantea la hipótesis de que la porosidad elimina peso y aumenta la flexibilidad, lo que permite al robot doblar las piernas para caminar.

“No sabemos realmente qué hacen estos agujeros, pero sabemos que son importantes”, dijo. “Porque cuando se los quitemos, el robot ya no podrá caminar o tampoco podrá caminar”.