211service.com
Robo spiets
Šā gada martā Hārvardas universitātes datorzinātniece Radhika Nagpal un viņas kolēģi veica 10 jūdzes dienā pārgājienā pa tropu salu Panamas kanāla vidū, meklējot armijas skudras. Kukaiņi strādā kopā desmitiem vai pat simtiem tūkstošu grupās, lai aizsargātu savu karalieni un kāpurus, izmantojot savu ķermeni, lai izveidotu un uzturētu pagaidu ligzdu. Bet viņu vidū nav neviena līdera, ne brigadiera vai priekšnieka. Radības veido šīs sarežģītās struktūras kā kolektīvu.
Otrās dienas rītā Nagpals stundām ilgi meklēja, kad Maiks Rubenšteins, Ziemeļrietumu universitātes robotists, nejauši uzkāpa uz sapuvušas baļķes. Viņa gumijas zābaks izgāja cauri kokam. Tūlīt Nagpals metās klāt, lai noskatītos, kā kukaiņu bars labo savu bojāto ligzdu. Viņa staroja, atceras biologs Saimons Garnjē no Ņūdžersijas Tehnoloģiju institūta, ekspedīcijas vadošais zinātnieks. Dažreiz es vēlos, lai mani skolēni būtu vairāk tādi.
Nagpals bija Panamā, lai mācītos no skudrām vai vismaz smeltos iedvesmu. Būdama līdere jaunajā spietu robotikas jeb kolektīvā mākslīgā intelekta jomā, viņa aptver vairākas jomas, tostarp mašīnbūvi, rūpniecisko dizainu un pat uzvedības bioloģiju. Pirms robotu projektēšanas, kas kopīgi veido vienkāršas struktūras, viņa un viņas kolēģi devās uz Namībiju, lai tuvplānā pētītu termītus, un ceļojums uz Panamu aizsāka jaunu projektu, ko iedvesmojušas armijas skudras. (Viņa saka, ka skudrai piederošo izpildmehānismu skaits rada vēlmi raudāt.) Taču viņas laboratorija ir vislabāk pazīstama ar 1024 vienkāršu, identisku, zemu izmaksu iekārtu grupu, kuras viņa sauc par kilobotiem. Pietupieni, cilindriski roboti veic pamata uzdevumus kā grupa. Viņu vidū nav neviena līdera. Nav arī cilvēka iejaukšanās. Tie ir īsts mākslīgais bars.
Viens no Nagpalas 1024 kilobotiem
Robotu kolektīvu potenciālie pielietojumi ir ļoti dažādi, sākot no robotu bitēm meklēšanas un glābšanas darbiem līdz autonomiem būvniecības transportlīdzekļiem, kas varētu izveidot dzīvotnes uz Mēness vai Marsa pirms pilotējamām misijām. Taču šīs futūristiskās vīzijas nav tas, kas virza Nagpalu. Vienā līmenī, jā, tas var novest pie lietojumprogrammām, bet tas attiecas arī uz zinātniskiem atklājumiem, viņa saka. Galvenais ir spēt atklāt jaunas zināšanas un ne vienmēr zināt, kā tas ietekmēs cilvēci pēc 20 gadiem.
Nagpal pētījumi ir parādīti uz vāka Zinātne un Daba , un 2014. gadā viņa tika minēta kā viena no Daba ’s 10, ikgadējs zinātnē nozīmīgu cilvēku saraksts. Viņa noteikti ir izcila zinātniece, piebilst Garnjē. Bet arī viņa nekad nezaudēja bērnu zinātkāri.
Meklējot savu ceļu
45 gadus vecā Nagpala uzauga Indijā, kuru viņa raksturo kā valsti, kurā meiteņu intelekts nebija novērtēts un pat problemātisks. Kā gudra meitene uzauga, tika skaidri pateikts, ka viņi labprātāk būtu, ja zēni būtu gudri, viņa atceras. Meitenēm bija jāmācās gatavot, nevis kodēt. Un, ja meitenei bija izcils akadēmiskais darbs, medicīna bija viens no nedaudzajiem pieņemamajiem ceļiem.
Tāpēc Nagpals nolēma, ka viss, kas pat attāli saistīts ar medicīnu, piemēram, bioloģija, ir aizliegts. Visa mana stratēģija bija bēgšana, viņa saka. Ja sievietēm būtu iepriekš noteikts ceļš, es netaisījos iet pa šo ceļu, tikai baidoties tikt ieslēgta šajā sistēmā un nekad nevarēšu pieņemt citu lēmumu pati.
Neskatoties uz kultūras normām, Nagpalas vecāki — viņas tēvs ir inženieris mehāniķis, kurš ieguva doktora grādu Džordžijas tehnikā — ļāva viņai apmeklēt MIT. Būdama pirmkursniece, viņa izmantoja ieskaitītās/neieskaitītās vērtēšanas sistēmas priekšrocības, lai reģistrētos skaitļošanas ievadklasē 6.001. Es domāju, ka tas būs grūti, viņa saka, bet tad man tas patika.
Radhika Nagpal saka, ka viņa un viņas grupa vairs nenosauc vairāk nekā 1000 robotu savā laboratorijā.
Būdama 1996. gada absolvente, Nagpala izlasīja nesen publicēto balto grāmatu Amorphous Computing, kurā viņas padomnieki Harolds Abelsons, PhD '73 un Džeralds Džejs Susmens '68, PhD '73, un citi aprakstīja neparastu datorzinātņu virzienu. Viņi koncentrējās nevis uz atsevišķiem, jaudīgiem datoriem, bet gan uz programmējamiem daudzumiem, kas izgatavoti no vienkāršām iekārtām, kas, strādājot kopā, var radīt sarežģītus rezultātus. Lai gan esošā tehnoloģija nebija gatava atbalstīt vīziju, šī koncepcija kļuva par pamatu viņas doktora studijām.
Kad viņa attīstījās, apprecējās un izveidoja savu ģimeni, Nagpala atteicās ļaut savai karjerai izjaukt citas viņas aizraušanās: gleznošanu, dejošanu un pilnvērtīgu, līdzsvarotu dzīvi. Pēc tam, kad 2004. gadā ieguva jaunākās fakultātes amatu Hārvardā, viņa atstāja novārtā akadēmisko politiku, atteicās iesaistīties visu nakti ilgās laboratorijas sesijās un noteica, ka nedēļas nogalēs nepārbauda e-pastu. Šie lēmumi, kas sīki izklāstīti 2013. gada Zinātniskais amerikānis emuāra ieraksts Ar nosaukumu The Awesomest 7-Year Postdoc or: How I Learned to Stop Worrying and Love the Tenure-Track Faculty Life, atbalsojās gan akadēmiskajā vidē, gan ārpus tās. Viens no viņas kolēģiem prognozēja, ka viņas ieraksts, iespējams, būs viņas lasītākais darbs. Tomēr Nagpalai joprojām izdevās nopelnīt pilnvaras un iespēju izveidot savu ideālo laboratoriju — līdzsvarotu, daudzveidīgu kolektīvu, kas spēj veikt tādus bezvada mijiedarbības veidus, kā viņa pēta dabā, tomēr joprojām ir atvērta noteikta labi noapaļota profesora norādījumiem un norādījumiem.
Kilometra veidošana
Nesen, gandrīz divas desmitgades pēc tam, kad viņa bija izlasījusi viņa balto grāmatu, Nagpala uzaicināja Abelsonu uz savu laboratoriju, lai redzētu, kā amorfais dators ir īsts 1024 kilobotu formā. Katrs robots stāv uz trim saspraudes plānām metāla kājām un ir pietiekami mazs, lai paslēptos jūsu slēgtajās rokās. Tie pārvietojas, kad tiek aktivizēti divi mazi motori — tādi, kas liek viedtālruņiem vibrēt —, izraisot robotprogrammu slīdēšanu pa gludām virsmām; viņi sazinās viens ar otru, raidot infrasarkanos signālus no grīdas. Viņiem pat nav strāvas slēdža, jo tas nozīmētu, ka būtu jāpavada stunda, vienkārši tos visus ieslēdzot. Tā vietā zinātnieki izgatavoja zizli, kas pārraida infrasarkano signālu, liekot robotiem ieslēgt vai izslēgt jaudu.
Kad Nagpala un Rubenšteins, viņas toreizējais doktors un viņas galvenais līdzstrādnieks projektā, sāka veidot savu kilobotu baru, lauks bija tik jauns, ka lielākais kolektīvs, ko viņas grupa bija izveidojusi, bija trīs mašīnas. Viņa atceras, ka nevienam nebija tūkstoš robotu. Simts tika uzskatīts par ļoti, ļoti lielu skaitli. Tikt līdz tūkstotim šķita neiespējams uzdevums, taču tajā pašā laikā jums šķita, ka, ja to izdarītu, jūs iemācīsities kaut ko tādu, ko citādi nebūtu varējis iemācīties.
Viena no pirmajām mācībām bija tāda, ka, lai gan daži algoritmi lieliski darbojās ar daudziem robotiem, šo programmu izmantošana ar daudz lielāku skaitu atklāja trūkumus. Lai gan tie tika izstrādāti, lai tie būtu pilnīgi vienādi, daži no robotiem ir nedaudz ātrāki vai lēnāki, un, kad Nagpals un grupa veica pašmontāžas programmu, kuras laikā spietam vajadzēja pārveidot sevi no amorfa lāses noteiktā formā. piemēram, uzgriežņu atslēga vai jūras zvaigzne, viens atpalicis robots bija liela problēma. Viņa saka, ka katrs lēns robots vai katrs nepareizi uzvedošais robots bija satiksmes sastrēgums un varēja sagraut visu sistēmu. Tomēr šīs novirzes neradīja šādas problēmas mazākos kolektīvos, kuros ir mazāk nekā 100 robotu.
Parasti Nagpal uzzināja, ka gan variācijas, piemēram, lēni un ātri roboti, gan retas kļūdas, piemēram, kilobots, kas vienkārši pārstāja darboties, bija lielas sistēmas dabiskas iezīmes. Kad jūs vairākas stundas skrējāt tūkstoš robotu, daži gatavojās braukt ar dažādu ātrumu, un daži gatavojās salūzt. Tas nebija milzīgs pārsteigums; viņa bija redzējusi dabisko ekvivalentu Namībijā un citur. Atsevišķi kukaiņi bieži uzvedās atšķirīgi, īsi soļojot nepareizā virzienā, tomēr kolektīvs joprojām darbojās. Tā vietā, lai mēģinātu izveidot perfektas mašīnas vai rediģēt algoritmus, viņa nolēma izstrādāt otru algoritmu kopu, kas labo kļūdas un variācijas. Tagad, ja kilobots nedarbojas pareizi, tā kaimiņi liks tam vai nu pārstartēt, vai, ja tas neizdodas, pasludinās par mirušu. Pēdējā stratēģija ir bara ekvivalents, ieslēdzot savus apdraudējumus uz šosejas un liekot visiem braukt jums apkārt. Tas darbojas: citu uzdevumu starpā kilobotus var ieprogrammēt, lai tie paši savāktos noteiktās formās bez pētnieku iejaukšanās. Atsevišķos centienos Nagpal un viņas kolēģi izveidoja nelielu sarežģītāku robotu kolektīvu, kas sadarbojās, lai izveidotu pamata struktūras. Šis bija projekts, kas izraisīja ceļojumu uz Namībiju. Pētnieki bija plānojuši likt saviem robotiem būvēt no cietiem, ģeometriskiem putuplasta ķieģeļiem, līdz viņi ieraudzīja termītus Namībijā, kas būvē no saliekama, saderīga māla. Kad viņi atgriezās laboratorijā, viņi nolēma uzbūvēt papildu robotus, kas pārvietotu smilšu maisiem līdzīgus materiālus un amorfās putas. Tomēr ceļojumam bija arī motivējošs mērķis. Viņa saka, ka otra ietekme bija tikai pārsteigums un enerģijas iegūšana par to, cik efektīva var būt kolektīvā inteliģence.
Nagpala cer, ka Panamas ekspedīcijai būs tāda pati ietekme uz viņas nākamo projektu - sava veida kilobotu un celtniecības robotu hibrīdu. Viņas plāns ir izstrādāt robotus, kas uzvedas kā armijas skudras, izmantojot savu ķermeni kā pamata celtniecības materiālu. Mērķis ir grūts, un Nagpals atzīst uzdevuma grandiozitāti. Tomēr viņa ir ieviesusi likumu, lai tiktu garām ticamajam. Viņa saka, ka mūsu sapņi bieži vien ir ārpus iespējamā robežām. Bet tā ir arī taisnība, ka pusceļš uz sapņiem joprojām ir diezgan foršs.