È stato chiesto all’AI di progettare un robot che cammina. Ecco cosa è venuto fuori

Quando un gruppo di ricercatori ha chiesto a un’intelligenza artificiale di progettare un robot in grado di camminare, questa ha creato un oggetto “piccolo, molliccio e deforme” che cammina emettendo “spasmi” quando viene riempito d’aria. Per testare la nuova intelligenza artificiale, i ricercatori hanno dato al sistema una semplice richiesta: progettare un robot in grado di camminare su una superficie piana. L’algoritmo ha compreso immediatamente, progettando un robot che cammina in pochi secondi. Ma il programma di intelligenza artificiale non è solo veloce. Funziona anche su un personal computer leggero e progetta strutture completamente nuove partendo da zero.

La capacità di generare nuove idee

Lo studio è stato pubblicato nei Proceedings of the National Academy of Sciences. Una delle particolarità di questo progetto e che è in netto contrasto con altri sistemi di IA, che spesso richiedono supercomputer con set di dati di dimensioni colossali. E anche dopo aver elaborato tutti quei dati, questi sistemi sono vincolati alla creatività umana – imitando solo i lavori passati degli esseri umani, senza la capacità di generare nuove idee.

Dagli xenobot ai robot che camminano

Sam Kriegman  è professore assistente di informatica, ingegneria meccanica e ingegneria chimica e biologica presso la McCormick School of Engineering della Northwestern, ed è anche a capo di questo progetto. All’inizio del 2020, ha attirato l’attenzione dei media per aver sviluppato gli xenobot, i primi robot viventi fatti interamente di cellule biologiche. Ora Kriegman e il suo team considerano la loro nuova intelligenza artificiale come il prossimo passo avanti nella ricerca del potenziale della vita artificiale. Il robot in sé è poco appariscente: piccolo, tozzo e deforme. E, per ora, è fatto di materiali inorganici. Ma secondo Kriegman rappresenta il primo passo verso una nuova era di strumenti progettati dall’intelligenza artificiale che “possono agire direttamente sul mondo”.

“Quando la gente guarda questo robot, potrebbe vedere un gadget inutile”, ha detto Kriegman. “Io vedo la nascita di un organismo nuovo di zecca”.

Tutto nasce da una semplice richiesta

Sebbene il programma di intelligenza artificiale possa iniziare con qualsiasi richiesta, Kriegman e il suo team hanno iniziato con la semplice richiesta di progettare una macchina fisica in grado di camminare sulla terraferma.  Il computer ha iniziato con un blocchetto messo a disposizione delle dimensioni di una saponetta. Era in grado di muoversi, ma non di camminare. Sapendo di non aver ancora raggiunto il suo obiettivo, l’intelligenza artificiale ha rapidamente modificato il progetto. A ogni modifica, l’IA ha valutato il suo progetto, ha identificato i difetti e ha ridotto il prototipo per aggiornarne la struttura. Alla fine, il robot simulato è riuscito a rimbalzare sul posto, poi a saltellare in avanti e infine a sgambettare. Infine, dopo soli nove tentativi, ha generato un robot in grado di camminare per metà della lunghezza del corpo al secondo, circa la metà della velocità di un passo umano medio.

L’intero processo di progettazione – da un blocco informe senza movimento a un robot che cammina a tutti gli effetti – ha richiesto solo 26 secondi su un computer portatile.

Riscoprire le gambe

Da sola, l’intelligenza artificiale ha sorprendentemente trovato la stessa soluzione della natura per camminare: le gambe. Ma a differenza dei progetti decisamente simmetrici della natura, l’AI ha adottato un approccio diverso. Il robot risultante ha tre “arti”, pinne lungo la schiena, una faccia piatta ed è pieno di buchi. “È interessante perché non abbiamo detto all’intelligenza artificiale che un robot deve avere le gambe“, ha detto Kriegman. “Ha scoperto da sola che le gambe sono un buon modo per muoversi sulla terraferma. La locomozione con le gambe è, infatti, la forma più efficiente di movimento terrestre“.

Il robot può funzionare nella vita reale?

Per verificare se il robot simulato potesse funzionare nella vita reale, Kriegman e il suo team hanno usato il robot progettato dall’intelligenza artificiale come modello. Per prima cosa, hanno stampato in 3D uno stampo dello spazio negativo intorno al corpo del robot. Poi hanno riempito lo stampo con gomma siliconica liquida e l’hanno lasciato polimerizzare per un paio d’ore. Quando il team ha tirato fuori dallo stampo il silicone solidificato, questo era morbido e flessibile. Ora si trattava di vedere se il comportamento simulato del robot – camminare – fosse mantenuto nel mondo fisico. I ricercatori hanno riempito il corpo del robot di gomma con aria, facendo espandere quelli che dovevano essere gli arti. Quando l’aria si sgonfiava dal corpo del robot, le gambe si contraevano. Pompando continuamente aria nel robot, questo si espandeva e si contraeva ripetutamente, provocando una locomozione lenta ma costante.

Un design curioso creato proprio dall’AI

Mentre l’evoluzione delle gambe ha senso, i fori sono un’aggiunta curiosa. È stata l’intelligenza artificiale a praticare dei fori in tutto il corpo del robot, in punti apparentemente casuali. Kriegman ipotizza che la porosità elimini il peso e aggiunga flessibilità, consentendo al robot di piegare le gambe per camminare. “Non sappiamo bene a cosa servano questi fori, ma sappiamo che sono importanti”, ha detto. “Perché quando li togliamo, il robot non può più camminare o non può camminare altrettanto bene“. In generale, Kriegman è sorpreso e affascinato dal design del robot, perché la maggior parte dei robot progettati dall’uomo assomiglia a esseri umani, cani o dischi da hockey. “Quando gli esseri umani progettano i robot, tendono ad assomigliare a oggetti familiari“, ha detto Kriegman. “Ma l’intelligenza artificiale può creare nuove possibilità e nuovi percorsi che l’uomo non ha mai preso in considerazione. Potrebbe aiutarci a pensare e sognare in modo diverso. E questo potrebbe aiutarci a risolvere alcuni dei problemi più difficili che dobbiamo affrontare“.

Un mondo di possibilità

Secondo i ricercatori, un giorno robot simili potrebbero essere in grado di navigare tra le macerie di un edificio crollato, seguendo le tracce termiche e vibrazionali per cercare persone e animali intrappolati, oppure potrebbero attraversare le reti fognarie per diagnosticare problemi, sturare tubi e riparare danni. L’intelligenza artificiale potrebbe anche essere in grado di progettare nano-robot che entrano nel corpo umano e si muovono nel flusso sanguigno per sturare le arterie, diagnosticare malattie o uccidere le cellule tumorali. “L’unica cosa che ci impedisce di avere questi nuovi strumenti e terapie è che non abbiamo idea di come progettarli”, ha detto Kriegman. “Per nostra fortuna, l’intelligenza artificiale ha le sue idee“.

• PNAS
• Science Alert