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机器人的进化

时间:2013-07-14 19:34:26  来源:  作者:

用来帮助发展步态的四足机器人。康奈尔大学创意机器实验室赠


隐秘在康奈尔大学校园一角的一间实验室里,胡迪·利普森的机器人正在进化。胡迪·利普森已经造出了一台拥有自我意识的机器人,它能够在学习走路的过程中收集自己周围的信息。这个机器人就像《玩具总动员》中的一个角色,坐在一间小屋子里,周围是实验室以前的明星成员。其中有一组模块化的立方体,看起来像是儿童积木与人们在骨科医生那里看到的骨骼模型的组合体,这个特殊的玩意儿在2005年受到了公众的关注,它成了世界上第一批自我复制机器人中的一员。其他房间里满是造型奇特的塑料雕刻品,包括一些国际象棋的棋子,那是实验室的3D打印机打印出来的。

2006年,利普森的创意机器实验室率先开发了Fab@Home。这是一台低成本的自主3D打印机,任何人都可以联网买到(译者:这个项目已经转移到NextFabStore。)。花个大概2500美元,再加上一些技术窍门,你就可以做出一台桌上机器并开始打印三维物体,比如:硅做的iPod壳子、冰做的花、喷雾奶酪做的洋娃娃的房子。一年之内,Fab@home的网站就获得了17万的点击率,并荣获《大众机械》2007年年度突破奖。不过说真的,这台打印机只是一个附带项目:它是制作机器人自我复制所必需的所有部件的一种方法。堆满屋子的机器人和3D打印机零件就像是用来追溯新物种进化史的化石。“我想要进化出一些有生命的东西,”利普森告诉我,“用的是塑料、电线和没有生命的材料。”

初次见面,利普森在我看来就像是塞斯·罗根与吉恩·怀尔德扮演的新科学怪人的混合体(除了没有乱蓬蓬的金发)。他散发着一种年轻人的好奇。你无法忽视他对于想要理解是什么赋予了生命活力的强烈愿望。他试图创造出一台能自我组装、有自我意识、可以径直走出他实验室的机器,然而同时,利普森也知道其中的风险。在他办公室的一角,有一箱崭新的书,那是凯文·凯利《失控》。这本书首发于1994年,凯利那时是《连线》杂志的执行编辑。这本书深入思考了即将出现的生物领域与技术领域——“天生和人造”——的融合,同时思考了这一事件必将带来的不可预测性。“每当有人想加入这个实验室攻读博士学位的时候,我都会在他们下定决心之前给他们这本书,”利普森告诉我。“在工程领域,我们都有十足的控制欲,但现在的发展是在走向失控。我们越是自动化,就越不知道自动化后会发生什么事情。“

利普森首次尝试为建造机器人而编写可进化算法(译者:即遗传算法。)是在1998年,那时他正与马萨诸塞州布兰迪斯大学的计算机教授乔丹·波拉克共事。利普森解释说:

我们写了一个10行的简单算法,先放在一个大的游戏模拟器上运行,这台模拟器可以把这些部件放到一起并对其进行测试。然后我们把它放进一台大型计算机,等上一个星期。一开始的时候什么都没有发生,我们得到了一堆堆垃圾。接下来,我们得到了一些美妙的机器,造型不可思议。最后是一台连上电线的电机,电线让电机发生振动。然后,其中一片振动的垃圾表现出来的运动要比其他垃圾好得多......最终我们得到了爬行的机器。进化算法得出了一项设计,一些机器人可用的蓝图。

这种局限在计算机中的生物通过3D打印机从虚拟世界转移到了我们的世界。然后,它迈出了自己的第一步。故事迅速传播到了几十种刊物上,从《纽约时报》到《时代》杂志。2000年11月,《科学美国人》用了这样一条标题“新物种的黎明?”这种杆子和电线的排列是否就相当于机器世界中的原始细胞呢?其实并不尽然:利普森的机器人仍就无法在没有人工干预的条件下运行。“我们必须放入电池,”利普森告诉我,“但这是第一次由进化产生出了物理机器人。这几乎是颠覆性的结果。最终,我想把电线、电池和所有东西都打印出来。这样进化就会有如此大的自由度,它将不会受到限制。”

20世纪40年代末,在利普森第一个电脑进化的机器人出现前大约五十年,普林斯顿高等研究院里的物理学家、数学天才和计算机科学先驱最终建成了世界最早的通用数字计算机器中的一台——MANIAC(“数学分析仪,数值积分器,和计算机”)。这个缩写(译者:缩写后的意思是“疯子”)是很贴切的:1952年的时候,计算机最早的任务之一就是帮忙开发氢弹,从而促进人类进行野蛮破坏的潜力。但是,在同一台计算机上,一部分运算时间从为了毁灭而进行的计算中分了出来,利用这些分享到的运算时间,一种新型的数字生物逐渐成型。这种数字生物就像流感病毒一样,它们繁殖、变异、相互竞争,并形成寄生关系。它们以秒为单位进化。

这些所谓的共生有机体,这些二进制代码所代表的自我复制体,它们是挪威—意大利病毒学家尼尔斯·巴里塞利的心血结晶。他想要观察进化的过程,而在那个前基因组时代,MANIAC为测试和观察进化过程提供了一个难得的机会。正如美国技术史学家乔治·戴森在他的《图灵大教堂》(2012)一书中写道的,新的计算机被有效地分派了两个问题:“如何毁灭我们已知的生命和如何创造形式未知的生命”。巴里塞利“不得不把他的数字宇宙挤到炸弹计算中去”,在晚上的凌晨时分工作,从成堆的穿孔卡片中捕捉数字生物的进化史。

 

然而利普森坚持认为,从一个基本观念上说,他的一些机器人是活的。“没有什么比生和死更加黑白分明”

 

就像DNA一样,巴里塞利的代码也会变异。但关于进化如何实现,他有一些不同寻常的想法。除了单点突变以外,他认为进化通过病毒类生命体间的共生和寄生关系从而向前飞跃——否则进化的速度不够快。他认为,也许细胞本身的首次出现就是在类似病毒的生物开始像乐高积木块儿一样穿插在一起的时候。“根据共生起源理论,”巴里塞利写道,“导致细胞形成的进化过程是从许多病毒一样的生物间形成共生体开始的。”

到目前为止,事情的发生似乎并不是这样的;事实上,一些研究人员认为,病毒的首次出现在细胞之后。但巴里塞利的一些发现并不是太离谱。一旦他在MANIAC上“撒下种子”,几分钟之内,这个数字宇宙就会充满能够繁殖的数字生物,它们有数字性别,修复“基因”损伤,并互相寄生。这个种群在缺少环境威胁或选择压力的情况下就会停滞不前。在另外的情况下,一种非常成功的寄生体会造成大范围的破坏。这些对于有生命的东西来说是典型的行为模式,从最简单的细胞到人类皆是如此。

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