第一个能够智能且几乎立即设计在现实世界中工作的新机器人的人工智能。
由西北大学研究人员领导的一个团队开发了迄今为止第一个人工智能（AI），可以从头开始智能设计机器人。
研究人员给系统一个简单的提示来测试新的人工智能：设计一个可以在平面上行走的机器人。虽然自然界花了数十亿年的时间才进化出第一个行走物种，但新算法将进化压缩到闪电般的速度——在几秒钟内设计出一个成功的步行机器人。
但人工智能程序不仅速度快。它还在轻量级个人计算机上运行，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，后者通常需要耗能的超级计算机和巨大的数据集。即使在处理了所有这些数据之后，这些系统也受到人类创造力的限制——只是模仿人类过去的作品，而没有产生新想法的能力。
该研究发表在《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，它绕过了进化的交通拥堵，而不会回到人类设计师的偏见，”西北大学的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并预示！在眨眼之间，它为一个机器人生成了一个蓝图，看起来与任何曾经在地球上行走过的动物都不一样。我称这个过程为’即时进化’。
Kriegman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，他是该学院机器人和生物系统中心的成员。
Kriegman实验室的科学家David Matthews是该论文的第一作者。Kriegman和Matthews与合著者Andrew Spielberg和Daniela Rus（麻省理工学院）以及Josh Bongard（佛蒙特大学）密切合作了几年，然后才有了突破性的发现。
探索人工生命
的潜力
2020 年初，Kriegman 因开发异种机器人而引起了媒体的广泛关注，这是第一个完全由生物细胞制成的活机器人。现在，Kriegman和他的团队将他们的新AI视为探索人工生命潜力的下一个进展。
机器人本身并不起眼——小、软绵绵的、畸形的。而且，目前，它是由无机材料制成的。但Kriegman表示，这代表了人工智能设计工具新时代的第一步，这些工具可以像动物一样直接作用于世界。
“当人们看到这个机器人时，他们可能会看到一个无用的小工具，”克里格曼说。“我看到了一个全新生物的诞生。
从零到步行在几秒钟内
虽然人工智能程序可以从任何提示开始，但Kriegman和他的团队从一个简单的要求开始，设计一个能够在陆地上行走的物理机器。这就是研究人员的投入结束，人工智能接管的地方。
计算机从一个大约一块肥皂大小的块开始。它可以摇晃，但绝对不能走路。知道它还没有实现目标，人工智能迅速迭代了设计。在每次迭代中，人工智能都会评估其设计，识别缺陷并缩减模拟块以更新其结构。
最终，模拟机器人可以在原地弹跳，然后向前跳跃，然后洗牌。最后，经过九次尝试，它产生了一个机器人，每秒可以行走一半身体长度 - 大约是人类平均步幅的一半。
整个设计过程——从零运动的无形积木到全能步行机器人——在笔记本电脑上只用了 26 秒。
“现在任何人都可以看到进化，因为人工智能实时生成越来越好的机器人身体，”克里格曼说。
“进化中的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中奔跑、游泳或飞行之前，有数十亿年的试验和错误。这是因为进化没有远见。它无法看到未来，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眼罩，从而将数十亿年的进化压缩成瞬间。
重新发现腿部
仅凭一己之力，人工智能出人意料地想出了与自然界相同的行走解决方案：腿。但与自然界绝对对称的设计不同，人工智能采取了不同的方法。由此产生的机器人有三条腿，背部有鳍，扁平的脸，布满了孔。
“这很有趣，因为我们没有告诉人工智能机器人应该有腿，”克里格曼说。“它重新发现腿是在陆地上四处走动的好方法。事实上，腿部运动是最有效的地面运动形式。
为了看看模拟机器人是否可以在现实生活中工作，Kriegman和他的团队使用AI设计的机器人作为蓝图。首先，他们3D打印了机器人身体周围负空间的模具。然后，他们用液体硅橡胶填充模具，让它固化几个小时。当团队将固化的硅胶从模具中弹出时，它柔软而灵活。
现在，是时候看看机器人的模拟行为——走路——是否保留在物理世界中了。研究人员用空气填充橡胶机器人身体，使其三条腿扩张。当空气从机器人的身体放气时，腿收缩了。通过不断向机器人泵送空气，它反复膨胀然后收缩 - 导致缓慢但稳定的运动。
奇特的设计
虽然腿的进化是有道理的，但这些孔是一个奇怪的补充。人工智能在机器人身体上看似随机的地方打孔。Kriegman假设孔隙率可以减轻重量并增加灵活性，使机器人能够弯曲双腿行走。
“我们真的不知道这些洞是做什么的，但我们知道它们很重要，”他说。“因为当我们把它们带走时，机器人要么不能再走路，要么也不能走路。
总的来说，Kriegman对机器人的设计感到惊讶和着迷，并指出大多数人类设计的机器人要么看起来像人类，要么像狗或曲棍球冰球。
“当人类设计机器人时，我们倾向于将它们设计成看起来像熟悉的物体，”克里格曼说。“但人工智能可以创造人类从未考虑过的新可能性和新的前进道路。它可以帮助我们以不同的方式思考和梦想。这可能有助于我们解决我们面临的一些最困难的问题。
尽管人工智能的第一个机器人只能向前移动，但Kriegman设想了由同一程序设计的工具的可能性世界。有朝一日，类似的机器人可能能够在倒塌建筑物的废墟中导航，遵循热和振动特征来搜索被困的人和动物，或者它们可能会穿越下水道系统来诊断问题，疏通管道并修复损坏。人工智能还可能设计出进入人体并通过血液引导以疏通动脉、诊断疾病或杀死癌细胞的纳米机器人。
“唯一阻碍我们使用这些新工具和疗法的是，我们不知道如何设计它们，”克里格曼说。“幸运的是，人工智能有自己的想法。