Kunnen robots zichzelf binnenkort voortplanten?

Dankzij de evolutie leven overal op de aardbol wonderbaarlijke organismen die perfect zijn aangepast aan hun omgeving. Nu willen onderzoekers ook robots laten evolueren, om tot betere ontwerpen te komen.

De eerste babyrobot ter wereld stelt - net als echte baby's eigenlijk - niet veel voor. Hij bestaat uit wat simpele elektronica en 3d-geprinte blokjes met wielen. Op een anoniem achterkamertje aan de Vrije Universiteit in Amsterdam ligt hij op de grond, maar veel meer dan spartelen doet hij niet.

Toch is dit een bijzondere robot: naast hem liggen zijn twee 'ouders', robots die van hun bouwers een soort DNA hebben meegekregen, die ze vervolgens zelf hebben uitgewisseld. De babyrobot is ontstaan door het DNA van zijn ouders te combineren, net als dat bij mensen, dieren en planten gebeurt.

"Alles is simpel", zegt professor Guszti Eiben over de babyrobot waarvan hij de 'grootvader' is. "Maar als je zegt, 'ik heb twee robots gemaakt en die kunnen een kind maken', dan denk ik: 'Wauw!'"

VU-wetenschappers maken voortplantende robots

Algoritmes

Kunstmatige evolutie is niet nieuw. Al tientallen jaren wordt het evolutionaire proces door wetenschappers gebruikt als inspiratie om software te maken die op een vergelijkbare manier werkt.

Computers kunnen bijvoorbeeld een evolutionaire methode gebruiken om de kortste route tussen meerdere punten op een kaart te vinden. Individuele routes worden door een algoritme met elkaar 'gepaard' en leveren nieuwe routes op. Steeds kortere routes planten selectief met elkaar voort, totdat de beste route in beeld komt. Evolutionaire algoritmes kunnen efficiënt problemen oplossen die anders moeilijk te behappen zouden zijn voor zelfs de snelste computers.

Kunstmatige evolutie kan creatieve oplossingen opleveren, die mensen anders niet hadden bedacht, zegt Eiben. Het proces werd tien jaar geleden bijvoorbeeld al door NASA gebruikt om een satellietantenne te ontwerpen.

"Die ziet er niet uit. Je zou denken dat de ontwerper dronken was of een kater had", zegt Eiben. Maar dat is juist de kracht van evolutie. Het proces is willekeurig, en geeft dus niet om schoonheid of symmetrie. Evolutie is blind en alleen het resultaat telt.

“Je zou denken dat de ontwerper dronken was of een kater had”
Guszti Eiben

Leerproces

Ook in de robotica wordt evolutie al langer bestudeerd. Meestal gaat het dan echter om softwaresimulaties waarin virtuele robots hun DNA met elkaar kunnen uitwisselen, en de computer een nieuwe generatie genereert. Ook hebben wetenschappers eerder fysieke robots gemaakt met software die zelflerend en zelfevoluerend is.

Eiben wilde robotevolutie volledig in de echte wereld laten plaatsvinden, met fysieke robots die leren bewegen, elkaar dan kunnen ontmoeten, en vervolgens een baby maken. Hun fysieke eigenschappen worden als een soort DNA naar een computer gestuurd, door speciale software gecombineerd, en uit de 3d-printer rolt vervolgens een nieuwe generatie.

Zijn robots beginnen met software die 'leeg' is. De robots worden op een vloer geplaatst en beginnen willekeurig te spartelen. Als ze beginnen te 'lopen' wordt dat opgemerkt door een camera, en krijgen de robots positieve feedback. Uiteindelijk moeten ze richting een lampje kunnen lopen om 'volwassen' te worden.

Het lijkt inefficiënt om nieuwe robotgeneraties steeds te laten leren lopen, maar daar is een belangrijke reden voor, zegt Eiben. Een babyrobot kan een heel andere lichaamsvorm krijgen dan hun ouders. "Dus hij moet gewoon anders leren lopen dan de ouders."

Eiben met de eerste babyrobot

Eiben met de eerste babyrobot

Toekomst

Het aanpassingsvermogen van evoluerende robots is ook wat ze in de toekomst zo waardevol kan maken. Het experiment van Eiben lijkt nu nutteloos, maar is mogelijk de eerste stap richting een compleet nieuwe ontwerptechniek voor robots.

Mensen zouden steeds nieuwe robotgeneraties kunnen 'kweken' totdat een ontwerp ontstaat dat geschikt is voor gebruik in een specifieke situatie, bijvoorbeeld op de zeebodem. "Dat is een omgeving waar we heel weinig vanaf weten, dus we weten niet wat de ideale robotvorm is voor die omgeving", zegt Eiben.

"Nog tien jaar later, of twintig jaar later, kun je de hele geboortekliniek naar een planeet sturen en dan maak je robots om terraforming te doen."

"We hebben geen idee hoe die planeet is, we kunnen niet vooraf ontwerpen voor die omgeving. Wat we wel kunnen is aanpassingsvermogen meegeven - we maken ze evolvable - en dan zoeken ze het zelf uit."

“Wil je echt in hardware werken, dan lopen de rekeningen heel snel op”
Guszti Eiben

Obstakels

Voor het zo ver is moeten nog aanzienlijke technische obstakels worden overwonnen. Op de korte termijn moeten 3d-printers veel beter worden, zodat ze bijvoorbeeld ook elektronica en bewegende onderdelen kunnen printen. Nu moeten studenten van Eiben nog handmatig elektronica plaatsen in de 3d-geprinte behuizingen van de babyrobots.

Ook blijven er nog veel fundamentele vragen over robotevolutie onbeantwoord. Kunstmatige evolutie hoeft geen rekening te houden met de beperkingen van natuurlijke evolutie. Dus wat gebeurt er als babyrobots worden gemaakt met DNA van meer dan twee ouders? Welke kennis kunnen robots één-op-één kopiëren van hun ouders, zonder het zelf te hoeven leren?

Die vragen zullen wetenschappers in de komende jaren moeten onderzoeken. Eiben hoopt een nieuwe beurs veilig te stellen die hem in staat zal stellen om zijn experiment uit te breiden.

"Wil je echt in hardware werken, dan lopen de rekeningen heel snel op. Dat is eigenlijk altijd het obstakel."

Lees meer achtergrondverhalen in NUweekend

Lees meer over:

Columns Pieter Derks

Columns Pieter Derks
Cabaretier Pieter Derks duidt en verwerkt maandelijks het nieuws van de voorbije weken. 

Over NUweekend

Over NUweekend
Op NUweekend vindt u iedere week een selectie achtergrondverhalen, analyses of mooie interviews.
Tip de redactie