bruce Anane
La première IA capable de concevoir intelligemment de nouveaux robots fonctionnant dans le monde réel
Une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université Northwestern a développé la première intelligence artificielle (IA) capable de concevoir intelligemment des robots à partir de zéro.
Pour tester la nouvelle intelligence artificielle, les chercheurs ont donné au système une suggestion simple : concevoir un robot capable de marcher sur une surface plane. Alors qu’il a fallu des milliards d’années à la nature pour faire évoluer la première espèce marchante, le nouvel algorithme a compressé l’évolution à la vitesse de la lumière, concevant un robot capable de marcher en quelques secondes.
Mais le programme d’IA n’est pas seulement rapide. Il fonctionne également sur un ordinateur personnel léger et conçoit des structures entièrement nouvelles à partir de zéro. Cela contraste fortement avec d’autres systèmes d’IA, qui nécessitent souvent des superordinateurs gourmands en énergie et des ensembles de données colossalement volumineux. Et même après avoir analysé toutes ces données, ces systèmes sont soumis aux contraintes de la créativité humaine, se contentant d’imiter le travail passé des humains, sans la capacité de générer de nouvelles idées.
« Nous avons découvert un algorithme de conception très rapide basé sur l’IA qui contourne les goulots d’étranglement de l’évolution, sans recourir aux préjugés des concepteurs humains », a-t-il déclaré. Sam Kriegmann, qui a dirigé les travaux. « Nous avons dit à l’IA que nous voulions un robot capable de marcher sur la terre. Ensuite, nous avons simplement appuyé sur un bouton et c’est tout ! Il a généré en un clin d’œil la conception d’un robot qui ne ressemble en rien à aucun animal ayant jamais marché sur terre. J’appelle ce processus « évolution instantanée ».
Kriegman est professeur adjoint d’informatique, de génie mécanique et de génie chimique et biologique à Northwestern École d’ingénierie McCormickoù il est membre du Centre de robotique et de biosystèmes. David Matthews, un scientifique du laboratoire de Kriegman, est le premier auteur de l’article. Kriegman et Matthews ont travaillé en étroite collaboration avec les co-auteurs Andrew Spielberg et Daniela Rus (Massachusetts Institute of Technology) et Josh Bongard (Université du Vermont) pendant plusieurs années avant leur découverte révolutionnaire.
Des xénobots aux nouveaux organismes
Début 2020, Kriegman a attiré l’attention des médias pour son développement de xénobots, les premiers robots vivants entièrement fabriqués à partir de cellules biologiques. Aujourd’hui, Kriegman et son équipe considèrent leur nouvelle IA comme la prochaine étape dans leur quête d’exploration du potentiel de la vie artificielle. Le robot lui-même est sans prétention : petit, mou et déformé. Et pour l’instant, il est fabriqué à partir de matériaux inorganiques. Mais Kriegman affirme que cela représente la première étape d’une nouvelle ère d’outils conçus par l’IA qui, comme les animaux, peuvent agir directement sur le monde.
« Quand les gens regardent ce robot, ils pourraient voir un gadget inutile », a déclaré Kriegman. « Je vois la naissance d’un organisme complètement nouveau. »
Zéro marche en quelques secondes
Alors que le programme d’IA peut démarrer avec n’importe quelle demande, Kriegman et son équipe ont commencé par une simple demande : concevoir une machine physique capable de marcher sur la terre. C’est là que l’apport des chercheurs s’est arrêté et que l’intelligence artificielle a pris le relais.
L’ordinateur a démarré avec un bloc de la taille d’un pain de savon. Peut-être se balancer mais certainement pas marcher. Sachant qu’elle n’avait pas encore atteint son objectif, l’IA a rapidement réitéré sur le projet. À chaque itération, l’IA évaluait la conception, identifiait les défauts et réduisait le bloc simulé pour mettre à jour sa structure. Finalement, le robot simulé pourrait rebondir sur place, puis sauter en avant, puis ramper. En fin de compte, après seulement neuf tentatives, il a généré un robot capable de marcher la moitié de la longueur de son corps par seconde, soit environ la moitié de la vitesse d’une foulée humaine moyenne.
L’ensemble du processus de conception, depuis un bloc informe sans mouvement jusqu’à un robot entièrement mobile, n’a pris que 26 secondes sur un ordinateur portable.
« Désormais, tout le monde peut observer l’évolution en action alors que l’IA génère des corps robotiques de plus en plus performants en temps réel », a déclaré Kriegman. « L’évolution des robots nécessitait auparavant des semaines d’essais et d’erreurs sur un superordinateur, et bien sûr, avant qu’un animal puisse courir, nager ou voler dans notre monde, il y a eu des milliards et des milliards d’années d’essais et d’erreurs. C’est parce que l’évolution n’a aucune prévoyance. Il ne peut pas prévoir l’avenir pour savoir si une mutation spécifique sera bénéfique ou catastrophique. Nous avons trouvé un moyen de supprimer ce bandeau, compressant ainsi des milliards d’années d’évolution en un instant. »
Redécouvrez vos jambes
À elle seule, l’intelligence artificielle a trouvé étonnamment la même solution de marche que la nature : les jambes. Mais contrairement aux conceptions résolument symétriques de la nature, l’intelligence artificielle a adopté une approche différente. Le robot résultant a trois pattes, des nageoires le long du dos, une face plate et est criblé de trous.
« C’est intéressant parce que nous n’avons pas dit à l’IA qu’un robot devait avoir des jambes », a déclaré Kriegman. « Il a redécouvert que ses jambes sont un bon moyen de se déplacer sur terre. La locomotion sur longues jambes est, en fait, la forme de mouvement terrestre la plus efficace. »
Pour voir si le robot simulé pouvait fonctionner dans la vie réelle, Kriegman et son équipe ont utilisé le robot conçu par l’IA comme modèle. Tout d’abord, ils ont imprimé en 3D un moule spatial négatif autour du corps du robot. Ensuite, ils ont rempli le moule de caoutchouc de silicone liquide et l’ont laissé durcir pendant quelques heures. Lorsque l’équipe a retiré le silicone solidifié du moule, il était doux et flexible.
Il était désormais temps de voir si le comportement simulé du robot – la marche – était conservé dans le monde physique. Les chercheurs ont rempli d’air le corps en caoutchouc du robot, provoquant l’expansion de ses trois pattes. Alors que l’air se dégonflait du corps du robot, ses jambes se contractèrent. En pompant continuellement de l’air dans le robot, celui-ci se dilatait puis se contractait à plusieurs reprises, ce qui entraînait une locomotion lente mais régulière.
Conception inconnue
Si l’évolution des pieds est logique, les trous constituent un curieux ajout. L’IA a percé des trous dans tout le corps du robot à des endroits apparemment aléatoires. Kriegman émet l’hypothèse que la porosité enlève du poids et ajoute de la flexibilité, permettant au robot de plier les jambes pour marcher.
« Nous ne savons pas vraiment à quoi servent ces trous, mais nous savons qu’ils sont importants », a-t-il déclaré. « Parce que quand on les enlève, le robot ne peut plus marcher ou il ne peut plus marcher non plus. »
Dans l’ensemble, Kriegman est surpris et fasciné par la conception du robot, notant que la plupart des robots conçus par des humains ressemblent à des humains, à des chiens ou à des rondelles de hockey.
« Lorsque les humains conçoivent des robots, nous avons tendance à les concevoir pour qu’ils ressemblent à des objets familiers », a déclaré Kriegman. « Mais l’IA peut créer de nouvelles possibilités et de nouvelles voies que les humains n’ont même jamais envisagées. Cela pourrait nous aider à penser et à rêver différemment. Et cela pourrait nous aider à résoudre certains des problèmes les plus difficiles auxquels nous sommes confrontés.
Applications futures potentielles
Alors que le premier robot IA ne peut faire que progresser, Kriegman imagine un monde de possibilités pour les outils conçus par le programme lui-même. Un jour, des robots similaires pourraient être capables de naviguer dans les décombres d’un bâtiment effondré, en suivant les signatures thermiques et vibratoires pour rechercher des personnes et des animaux piégés, ou ils pourraient traverser les réseaux d’égouts pour diagnostiquer des problèmes, débloquer des canalisations et réparer des dommages. L’IA pourrait également être capable de concevoir des nanorobots qui pénètrent dans le corps humain et se déplacent dans la circulation sanguine pour déboucher les artères, diagnostiquer des maladies ou tuer les cellules cancéreuses.
« La seule chose qui nous empêche de créer ces nouveaux outils et thérapies est que nous n’avons aucune idée de comment les concevoir », a déclaré Kriegman. « Heureusement pour nous, l’IA a ses propres idées. »
Article original: Évolution instantanée : l’IA conçoit un nouveau robot à partir de zéro en quelques secondes
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