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GOLEM, ou comment créer des robots évolutifs qui se fabriquent eux-mêmes

Par christophe Jacquemin

Robot évolutif  ©http://golem03.cs-i.brandeis.edu/index.html
©Lipson&Pollack


Une véritable première : des robots ayant acquis la capacité de marcher au terme d'une longue évolution sont parvenus à se construire eux-mêmes.  Un premier pas qui pourrait poser les jalons de l'avènement futur de robots sachant évoluer et se reconstruire en fonction des tâches complexes qu'ils auront à effectuer.

Publié dans le Nature du 31 août dernier (voir références en fin de texte), ce résultat s'inscrit dans le cadre du projet GOLEM (Genetically Organized Lifelike Electro Mechanics) menés par les américains Hod Lipson et Jordan B. Pollack au DEMO (Dynamical and Evolutionary Machine Organisation) Lab de l'université Brandeis, près de Boston.
Selon Rodney Brooks, un des plus éminents spécialistes de l'intelligence artificielle -qui commente également ces travaux  dans Nature (voir références en fin de texte)- "ceci constitue une étape que l'on attendait depuis longtemps et nécessaire pour concrétiser le rêve ultime de machines capables d'évoluer toutes seules" Une réalisation étonnante puisqu'elle s'est effectuée sans aucune aide humaine, que ce soit dans la conception ou la fabrication du robot (à part, en fin de parcours, l'installation d'un moteurs électrique et le branchement des fils).  
Aucune forme a priori n'était préalablement définie pour le robot. Seule piste donnée au départ à l'ordinateur démiurge : le robot devra savoir se mouvoir sur une surface plane.
Le résultat final est étonnant. Plusieurs candidats, d'abord obtenus virtuellement au long d'un long processus d'évolution, ont ensuite été fabriqués automatiquement par prototypage rapide.

Quelle est la recette d'une telle fabrication ?
a) Prenez un programme informatique : déclarez simplement que l'objectif à atteindre est de créer de façon virtuelle un assemblage capable de se déplacer seul le long d'un plan infini. L'assemblage comportera des tiges rigides ou souples dotées de jonctions fixes ou articulées, le tout contrôlé par un cerveau électronique (neurones artificiels).
 
b) Installez-vous confortablement dans un fauteuil et laissez touner les calculs à partir de ce logiciel très spécial (en l'occurence la version 1.2 de GOLEM)*, logiciel d'évolution soumis à des lois identiques à celles de la sélection naturelle formulées par Darwin.
Doté d'une première population de 200 assemblages simples inventés sans aucun a priori par la machine (et qui ne savent encore pas faire grand chose), faites revenir le tout dans le logiciel : cet algorithme génétique va croiser et faire évoluer génération après génération chaque assemblage, enlevant ici certaines tiges, rajoutant là une jonction articulée, modifiant ici le réseau de neurones par modification du "poids" des synapses et donc du seuil d'activation d'un neurone, pour ne conserver que les constructions ayant tiré un quelconque bénéfice de cette longue quête de l'apprentissage de la marche. Suivant les population, laisser mijoter pendant 300 à 600 générations et à l'issue de cette sélection impitoyable vous obtiendrez les candidats potentiels les plus doués.

c) Laissez ensuite les outils de prototypage rapide -en l'occurence une imprimante 3D - fabriquer et assembler automatiquement les différents éléments en plastique thermoformé du robot marcheur. Selon le candidat, compter de 12 à 18 heures pour mener à bien le processus.

d) Le robot étant maintenant passé du monde virtuel au monde réel, placer le moteur électrique dans le compartiment prévu à cet effet et procédez aux branchements des différents fils.  
 
 * Version utilisée à ce moment-là par les chercheurs pour les travaux publiés dans Nature. Une version 2.43 est aujourd'hui disponible

Exemple de robot obtenu

à gauche, le robot simulé : voir la video (format mpeg, 896 Ko)
à droite, le robot fabriqué : voir la video (format mpeg, 1100 Ko)

robot simulé © Lipson & Pollack http://golem03.cs.brandeis.edu/index.htm

robot fabriqué © Lipson & Pollack http://golem03.cs.brandeis.edu/index.htm

© Lipson & Pollack  http://golem03.cs-i.brandeis.edu/index.html

D'autres formes finales ont également émergé, comprenant de l'ordre d'une vingtaine d'éléments: constructions plates ou élevées..., structures possédant ou non une symétrie, tout aussi capables de se déplacer. Des formes qui n'auraient certainement jamais pu être imaginées par un esprit humain, trop souvent limité par les a priori.

Il s'agissait ici de valider le concept. L'importance de ce travail,  une première en la matière,  réside d'une part dans le développement du robot dont la structure et le "cerveau" ont évolué simultanément et, d'autre part, dans le fait qu'il se soit ensuite fabriqué tout seul.
Certes, ce robot ne sait pour l'instant rien faire d'autre que de se déplacer sur une surface : dénué de capteur, il est incapable de réagir à son environnement; le thermoplastique présente par ailleurs le désavantage d'être peu résistant. Mais ce premier pas vient désormais poser ici les jalons de réalisations beaucoup plus ambitieuses avec peut-être, à terme, l'avènement des "autoreproduisants", robots sachant évoluer et se reconstruire en fonction des tâches complexes qu'ils auront à effectuer.

Le projet GOLEM :
Vous-aussi, participez à cette expérience excitante
!

Vous souhaitez voir se créer et évoluer ce type de robot sur votre ordinateur : téléchargez le logiciel Golem 2.43 disponible sur le site d'Hod Lipson et Jordan B. Pollack http://golem03.cs-i.brandeis.edu/download/Golem243.zip  (pour Win95/98 ou NT (740Ko)
   
Vous participerez ainsi à une expérience de calcul évolutionnaire massivement distribuée via internet, qui permettra de faire émerger sur  votre écran votre propre robot (dont le copyright vous appartiendra).
Il est même prévu, si vous le désirez, de faire procéder ensuite à sa fabrication physique "en dur". Mais là, à moins que vous ne possédiez une imprimante 3D, il vous en coûtera tout de même1500 dollars.

vue à l'écran d'une construction obtenue par le logiciel LiveTruss ©  http://golem03.cs-i.brandeis.edu/index.html
© Lipson & Pollack

Vous pouvez également télécharger le logiciel LiveTruss 1.2, une version autonome du programme d'évolution, qui vous permettra de faire varier les paramètres durant le processus (pour Win95/98/NT (370Ko)
http://golem03.cs-i.brandeis.edu/download/LiveTruss120.zip 

Nb: Compter ici une bonne nuit sur un ordinateur puissant, et de un à deux jours sur un ordinateur moins performant, avant que n'émerge quelque chose d'intéressant. La minimisation de la taille de la fenêtre augmentera la vitesse d'exécution.

En savoir plus : http://golem03.cs-i.brandeis.edu/download.html
 

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31 août 2000


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