Dal fondo degli oceani ai cieli sopra di noi, l’evoluzione naturale ha riempito il nostro pianeta di una vasta e diversificata gamma di forme di vita, circa 8 milioni di specie che si sono adattate all’ambiente circostanze in una miriade di modi diversi. Cento anni fa Karel Capek coniò il termine robot, ma le capacità funzionali di molte specie superano ancora le capacità dell’attuale ingegneria umana, che deve ancora sviluppare in modo convincente metodi per produrre robot intelligenti come uomini, che si muovano e funzionino senza problemi in ambienti difficili e siano in grado di autoriprodursi.
Ma i robot potranno mai riprodursi? È uno dei pilastri condiviso da tutti gli organismi naturali, alla base della vita. Un team di ricercatori del Regno Unito e dei Paesi Bassi ha recentemente realizzato una tecnologia completamente automatizzata per consentire ai robot di riprodursi ripetutamente, evolvendo il loro codice genetico artificiale nel tempo per adattarsi meglio all’ambiente. Probabilmente, equivale a un’evoluzione artificiale. I robot figli vengono creati mescolando il “Dna digitale” di due robot genitori su un computer.
Il nuovo design viene prima inviato a una stampante 3D che fabbrica il corpo del robot, quindi un braccio robotico collega un “cervello” caricato con software di controllo ereditato dai genitori, insieme a eventuali nuovi componenti, come sensori, ruote o giunture, selezionati da questo processo evolutivo.
Inoltre, in una simulazione sul computer, viene creata una replica digitale di ogni nuovo robot. Questo consente un nuovo tipo di evoluzione: le nuove generazioni possono essere prodotte dall’unione dei tratti di maggior successo di una madre virtuale e di un padre fisico, combinando i vantaggi di un’evoluzione simulata veloce ma potenzialmente irrealistica con la valutazione più accurata di robot in un ambiente fisico reale. I nuovi robot ereditano quindi tratti che rappresentano il meglio di entrambi i tipi di evoluzione.
Anche se questa tecnologia può funzionare senza un essere umano nel circuito, consente anche la collaborazione con un “allevatore” umano: proprio come gli esseri umani allevano selettivamente le colture sin dagli albori dell’agricoltura, l’allevatore di robot potrebbe influenzare la selezione di robot con caratteristiche particolari. Si potrebbe persino immaginare allevamenti che producono robot adattati a condizioni specifiche e requisiti degli utenti. Potrebbero essere allevati per qualità come la durata della batteria o l’impronta di carbonio, proprio come alleviamo piante per la resistenza alla siccità o il gusto.
Tali fattorie dovrebbero essere soggette agli stessi controlli rigorosi e considerazioni etiche come, ad esempio, l’allevamento di colture geneticamente modificate, ad esempio consentendo la chiusura di un’intera struttura con il semplice tocco di un pulsante o limitando le forniture di materie prime. Inoltre, è anche importante considerare la possibilità che l’evoluzione possa portare a robot che mostrano comportamenti dannosi e costringano a mettere in atto misure preventive appropriate.
L’idea dell’evoluzione digitale – imitare l’evoluzione biologica nel software per generare soluzioni sempre migliori a un problema nel tempo – non è nuova. Può essere fatta risalire agli anni ’60, quando gli ingegneri in Germania programmarono un computer per sviluppare il design ottimale di una piastra articolata soggetta a turbolenti flussi d’aria. Da allora, gli “algoritmi evolutivi” che operano all’interno di un computer sono stati utilizzati per progettare di tutto, dalle tabelle alle pale di una turbina, semplicemente dicendo al processo evolutivo quale metrica dovrebbe cercare di ottimizzare (ad esempio, la potenza generata dalla pala di turbina). Nel 2006, la Nasa ha inviato nello spazio un satellite con un’antenna di comunicazione progettata dall’evoluzione artificiale.
Ora siamo in un momento di svolta. Mentre gli scienziati sono sempre stati convinti che l’evoluzione digitale potesse essere efficace come strumento di ottimizzazione, la sua creatività nel produrre progetti originali e insoliti che non sarebbero stati concepiti da un essere umano è stata anche più sorprendente. La creatività dell’evoluzione biologica è chiaramente evidente nel mondo naturale. Nella foresta pluviale cubana, le viti hanno prodotto foglie a forma di parabole satellitari che amplificano i segnali propagati dai pipistrelli per indirizzarli suoi suoi fiori, aumentando l’impollinazione. Nel gelido Oceano Meridionale, i pesci producono le proprie proteine”antigelo” per sopravvivere.
Ma sono stati osservati anche numerosi esempi di creatività nell’evoluzione digitale. Alla richiesta di trovare comportamenti per un robot a sei zampe che gli consentissero di camminare anche in caso di danni, l’evoluzione digitale ha scoperto diversi modi di camminare utilizzando solo sottoinsiemi delle gambe, e scoprendo anche un modo per il robot di muoversi se tutte le sue gambe fossero state spezzate, trascinandosi sulla schiena. In un altro caso, l’evoluzione di un circuito elettronico di un chip in cui gli elementi erano disconnessi ha portato a sfruttare gli effetti dell’accoppiamento elettromagnetico specifici dei difetti nel silicio sul chip stesso.
L’evoluzione digitale trova applicazione in strade che potremmo immaginare come unicamente umane, per esempio nella creazione di musica e arte (anche vincendo un premio in un concorso artistico dell’Università del Wyoming in cui i giudici non sapevano che l’immagine vincente era stata creata da un algoritmo). Anche se questo può sembrare a chi non lo sapesse come l’intelligenza artificiale, l’evoluzione digitale è un sottoinsieme specifico di quel campo più ampio.
L’idea di sfruttare l’evoluzione per progettare robot è particolarmente allettante, soprattutto nei casi in cui gli esseri umani hanno poca conoscenza dell’ambiente in cui il robot dovrebbe operare, ad esempio, miniere sottomarine, bonifica di rifiuti all’interno di un reattore nucleare o utilizzo di nano robot per fornire farmaci all’interno del corpo umano. A differenza dell’evoluzione naturale che è guidata semplicemente dagli obiettivi di “sopravvivenza e riproduzione”, l’evoluzione artificiale può essere guidata da obiettivi specifici.
Una volta che questo processo evolutivo è stato messo in catena, con la tecnologia sopra descritta di un sistema informatico che istruisce una stampante 3D per creare modelli migliorati dei robot per questi particolari ambienti, abbiamo l’inizio di un quadro teorico per un robot autosufficiente in grado di riprodursi ed “evolversi” senza troppi input da parte dell’uomo.
Il che non vuol dire che gli umani sono ridondanti. L’evoluzione digitale sarà probabilmente un processo collaborativo tra uomo e macchina, con gli esseri umani che forniscono descrizioni di ciò che desiderano mentre l’evoluzione fornisce il come. Quindi, ad esempio, un essere umano potrebbe richiedere un «robot efficiente dal punto di vista energetico realizzato con materiali sostenibili per spostare i rifiuti pesanti all’interno di un reattore», lasciando all’evoluzione il compito di capire come raggiungere questo obiettivo. I progressi nella tecnologia di produzione che facilitano la prototipazione rapida e automatizzata in una gamma di materiali, tra cui le plastiche morbide flessibili, hanno svolto un ruolo importante nel migliorare la nostra capacità di replicare l’evoluzione in tempi pratici.
Se tutto questo può sembrare al limite della fantascienza, c’è un punto serio. I robot hanno chiaramente un ruolo da svolgere nel nostro futuro, che si tratti di rivoluzionare l’assistenza sanitaria o di svolgere compiti troppo pericolosi per l’uomo. Stiamo rapidamente esaurendo le scorte di materie prime sul nostro pianeta e gli attuali processi di produzione aumentano le emissioni di carbonio e creano seri problemi con lo smaltimento dei rifiuti. Forse la creatività dei metodi evolutivi consentirà la progettazione di nuovi tipi di robot, liberi dai vincoli che la nostra comprensione dell’ingegneria, della fisica e della scienza dei materiali impongono agli attuali processi di progettazione.
Da un’altra prospettiva, finché non scopriamo la vita extraterrestre, i biologi hanno un solo “sistema” su cui studiare l’evoluzione. Proprio come il Large Hadron Collider ci fornisce uno strumento per studiare le complessità della fisica delle particelle, forse un sistema di riproduzione di robot fornisce un nuovo strumento per studiare le questioni fondamentali sulla vita stessa.
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