即时进化：人工智能在几秒钟内从头开始设计新机器人

为了测试新的人工智能，研究人员给系统一个简单的提示：设计一个可以在平坦表面上行走的机器人。虽然大自然花了数十亿年的时间才进化出第一个行走的物种，但新算法将进化压缩到闪电般的速度，只需几秒钟就设计出一个成功的行走机器人。

但人工智能程序不仅速度快。它还可以在轻型个人计算机上运行，​​并从头开始设计全新的结构。这与其他人工智能系统形成鲜明对比，其他人工智能系统通常需要耗能的超级计算机和庞大的数据集。即使在处理了所有这些数据之后，这些系统仍然受到人类创造力的限制，只能模仿人类过去的作品，而没有产生新想法的能力。

该研究将于 10 月 3 日发表在《美国国家科学院院刊》上。

“我们发现了一种非常快速的人工智能驱动的设计算法，可以绕过进化的交通拥堵，而不会依赖人类设计师的偏见，”领导这项工作的西北大学的萨姆·克里格曼（Sam Kriegman）说。 “我们告诉人工智能，我们想要一个可以在陆地上行走的机器人。然后我们只需按下一个按钮，然后瞬间！它眨眼间就生成了一个机器人的蓝图，它看起来与地球上行走过的任何动物都不相同.我把这个过程称为‘即时进化’。”

克里格曼是西北大学麦考密克工程学院计算机科学、机械工程以及化学和生物工程的助理教授，也是该学院机器人和生物系统中心的成员。克里格曼实验室的科学家大卫·马修斯是该论文的第一作者。克里格曼和马修斯与合著者安德鲁·斯皮尔伯格、丹妮拉·罗斯（麻省理工学院）和乔什·邦加德（佛蒙特大学）密切合作了几年，才做出了突破性的发现。

从异种机器人到新生物

2020 年初，克里格曼因开发 Xenobots（第一个完全由生物细胞制成的活机器人）而引起了媒体的广泛关注。现在，克里格曼和他的团队将他们的新人工智能视为探索人工生命潜力的下一步进展。机器人本身不起眼、小、软且畸形。目前，它是由无机材料制成的。但克里格曼表示，这代表了人工智能设计工具新时代的第一步，这些工具就像动物一样，可以直接作用于世界。

“当人们看到这个机器人时，他们可能会看到一个无用的小玩意，”克里格曼说。 “我看到了一个全新有机体的诞生。”

数秒内从零到行走

虽然人工智能程序可以根据任何提示启动，但克里格曼和他的团队从一个简单的请求开始，设计一个能够在陆地上行走的物理机器。这就是研究人员的输入结束并由人工智能接管的地方。

计算机从一块肥皂大小的块开始。它可以摇晃，但绝对不能行走。 AI 知道自己尚未达到目标，因此迅速迭代了设计。在每次迭代中，人工智能都会评估其设计，识别缺陷并削减模拟块以更新其结构。最终，模拟机器人可以原地弹跳，然后向前跳跃，然后拖着脚步。最终，经过九次尝试，它生成了一个每秒可以行走其身体长度一半的机器人，大约是人类平均步速的一半。

整个设计过程，从零运动的无形块到完整的步行机器人，在笔记本电脑上只花了 26 秒。

克里格曼说：“现在，随着人工智能实时生成越来越好的机器人身体，任何人都可以观看进化过程。” “进化机器人以前需要在超级计算机上进行数周的试验和错误，当然，在任何动物能够在我们的世界上奔跑、游泳或飞行之前，都需要进行数十亿年的试验和错误。这是因为进化没有远见。它无法预见未来，无法知道特定的突变是有益的还是灾难性的。我们找到了一种方法来消除这种蒙蔽，从而将数十亿年的进化压缩为瞬间。”

重新发现双腿

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资源 Northwestern University. "Instant evolution: AI designs new robot from scratch in seconds." ScienceDaily. ScienceDaily, 3 October 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231003173425.htm>.