L’IA conçoit un nouveau robot à partir de zéro en quelques secondes

Une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université Northwestern a développé à ce jour la première intelligence artificielle (IA) capable de concevoir intelligemment des robots à partir de zéro.

Pour tester la nouvelle IA, les chercheurs ont donné au système une invite 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 une vitesse fulgurante, concevant avec succès un robot marchant en quelques secondes seulement.

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 supercalculateurs énergivores et des ensembles de données colossalement volumineux. Et même après avoir analysé toutes ces données, ces systèmes restent liés aux contraintes de la créativité humaine : ils ne font qu’imiter les œuvres passées des humains, sans capacité à générer de nouvelles idées.

L’étude sera publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.

« Nous avons découvert un algorithme de conception très rapide, piloté par l’IA, qui contourne les embouteillages de l’évolution, sans recourir aux préjugés des concepteurs humains », a déclaré Sam Kriegman de Northwestern, 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 hop, cela a généré en un clin d’œil un plan pour 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 la McCormick School of Engineering de Northwestern, où il est membre du Center for Robotics and Biosystems. 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 avoir développé des 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 avancée dans leur quête d’exploration du potentiel de la vie artificielle. Le robot lui-même est sans prétention : petit, spongieux et déformé. Et, pour l’instant, il est constitué 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 tout nouvel organisme. »

Zéro à la marche en quelques secondes

Alors que le programme d’IA peut démarrer avec n’importe quelle invite, Kriegman et son équipe ont commencé par une simple demande : concevoir une machine physique capable de marcher sur terre. C’est là que s’est arrêtée la contribution des chercheurs et que l’IA a pris le relais.

L’ordinateur a démarré avec un bloc de la taille d’un pain de savon. Il pouvait trembler mais certainement pas marcher. Sachant qu’elle n’avait pas encore atteint son objectif, AI a rapidement réitéré la conception. À chaque itération, l’IA évaluait sa 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 se déplacer. Finalement, après seulement neuf essais, 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 ambulant complet, 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 de robots 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 autour de 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 voir dans 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.

Redécouvrir les jambes

À elle seule, l’IA a étonnamment trouvé la même solution pour marcher que la nature : les jambes. Mais contrairement aux conceptions résolument symétriques de la nature, l’IA 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 les jambes sont un bon moyen de se déplacer sur terre. La locomotion avec pattes 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 de l’espace 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 sorti le silicone solidifié du moule, il était spongieux et flexible.

Il était désormais temps de voir si le comportement simulé du robot, à savoir la marche, était conservé dans le monde physique. Les chercheurs ont rempli d’air le corps du robot en caoutchouc, provoquant ainsi l’expansion de ses trois pattes. Lorsque l’air se dégonflait du corps du robot, les jambes se contractaient. En pompant continuellement de l’air dans le robot, celui-ci se dilatait puis se contractait à plusieurs reprises, provoquant une locomotion lente mais régulière.

Conception inconnue

Si l’évolution des pattes 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 supprime 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 lorsque nous les enlevons, le robot soit ne peut plus marcher, soit ne peut plus marcher. »

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. Elle 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

Même si le premier robot de l’IA ne peut guère faire plus que avancer, Kriegman imagine un monde de possibilités pour les outils conçus par le même programme. 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 parcourir les systèmes d’égouts pour diagnostiquer des problèmes, déboucher des canalisations et réparer des dommages. L’IA pourrait également être capable de concevoir des nano-robots qui pénètrent dans le corps humain et se dirigent dans la circulation sanguine pour déboucher les artères, diagnostiquer des maladies ou tuer les cellules cancéreuses.

« La seule chose qui nous empêche d’utiliser 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. »