Des scientifiques de l’université Northwestern ont conçu un système d’IA capable de concevoir intelligemment un robot marcheur en seulement 26 secondes. Le programme d’IA peut concevoir de nouveaux systèmes et structures à partir de zéro et fonctionne sur un PC normal, contrairement à de nombreux systèmes d’IA similaires qui nécessitent d’énormes quantités d’énergie. Les chercheurs ont testé l’algorithme d’IA qu’ils ont créé en lui demandant de concevoir un robot capable de marcher sur une surface plane. Les résultats devraient être publiés prochainement dans Proceedings of the National Academy of Sciences.Les chercheurs ont testé leur nouveau système d’IA en lui donnant une consigne 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 capable de marcher, le nouvel algorithme a comprimé l'évolution à la vitesse de l'éclair, en concevant un robot capable de marcher 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 les autres systèmes d'IA, qui nécessitent souvent des superordinateurs gourmands en énergie et des ensembles de données d'une taille colossale. Et même après avoir traité toutes ces données, ces systèmes sont soumis aux contraintes de la créativité humaine - ils ne font qu'imiter les travaux antérieurs de l'homme sans être capables de générer de nouvelles idées.
« Nous avons découvert un algorithme de conception très rapide piloté par l'IA qui contourne les embouteillages de l'évolution, sans avoir recours aux préjugés des concepteurs humains », Sam Kriegman, Professeur adjoint d'informatique, de génie mécanique et de génie chimique et biologique.
Kriegman est professeur adjoint d'informatique, de génie mécanique et de génie chimique et biologique à la McCormick School of Engineering, où il est membre du Center for Robotics and Biosystems. David Matthews, chercheur dans le laboratoire de Kriegman, est le premier auteur de l'article. Kriegman et Matthews ont travaillé en étroite collaboration avec les coauteurs Andrew Spielberg et Daniela Rus (Massachusetts Institute of Technology) et Josh Bongard (University of Vermont) pendant plusieurs années avant leur découverte.
Les robots peuvent-ils un jour être aussi intelligents que les humains ?
L'intelligence artificielle (IA) est sans doute le domaine le plus passionnant de la robotique. C'est certainement le plus controversé : tout le monde s'accorde à dire qu'un robot peut travailler sur une chaîne de montage, mais il n'y a pas de consensus sur la question de savoir si un robot peut un jour être intelligent. Tout comme le terme « robot » lui-même, l'intelligence artificielle est difficile à définir. L'IA ultime serait une recréation du processus de pensée humain - une machine fabriquée par l'homme et dotée de nos capacités intellectuelles. Cela inclurait la capacité d'apprendre à peu près n'importe quoi, la capacité de raisonner, la capacité d'utiliser le langage et la capacité de formuler des idées originales.
Les roboticiens sont loin d'atteindre ce niveau d'intelligence artificielle, mais ils ont fait beaucoup de progrès avec une IA plus limitée. Les machines d'IA d'aujourd'hui peuvent reproduire certains éléments spécifiques des capacités intellectuelles. Les ordinateurs peuvent déjà résoudre des problèmes dans des domaines limités. L'idée de base de la résolution de problèmes par l'IA est simple, mais son exécution est compliquée. Tout d'abord, le robot ou l'ordinateur d'IA recueille des informations sur une situation à l'aide de capteurs ou de données humaines. L'ordinateur compare ces informations aux données stockées et décide de leur signification. L'ordinateur passe en revue les différentes actions possibles et prédit celle qui sera la plus efficace sur la base des informations collectées.
Pour l'essentiel, l'ordinateur ne peut résoudre que les problèmes pour lesquels il est programmé - il n'a aucune capacité d'analyse généralisée. Les ordinateurs de jeu d'échecs sont un exemple de ce type de machine. Certains robots modernes ont également une capacité d'apprentissage limitée. Les robots apprenants reconnaissent si une certaine action (bouger ses jambes d'une certaine manière, par exemple) permet d'obtenir un résultat souhaité (franchir un obstacle). Le robot mémorise cette information et tente l'action réussie la prochaine fois qu'il se trouve dans la même situation. Les robots aspirateurs apprennent la disposition d'une pièce, mais ils sont conçus pour passer l'aspirateur et rien d'autre.
Des xénobots aux nouveaux organismes
Au début de l'année 2020, Kriegman a attiré l'attention des médias pour avoir mis au point des xénobots, les premiers robots vivants entièrement constitués de cellules biologiques. Les xénobots, qui tirent leur nom de la grenouille africaine (Xenopus laevis), sont des formes de vie synthétiques conçues par des ordinateurs pour accomplir une fonction donnée et construites en combinant différents tissus biologiques. Les premiers xénobots ont été construits par Douglas Blackiston d'après des plans générés par un programme d'intelligence artificielle développé par Sam Kriegman.
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 discret et petit. Et, pour l'instant, il est fait de matériaux inorganiques. Selon Kriegman, il représente la première étape d'une nouvelle ère d'outils conçus par l'IA qui, à l'instar des animaux, peuvent agir directement sur le monde. « Lorsque les gens regardent ce robot, ils pourraient y voir un gadget inutile, a déclaré Kriegman. Moi, je vois la naissance d'un tout nouvel organisme. »
Les robots interactifs : une solution pour lutter contre l’isolement social des personnes âgées
Certains robots peuvent interagir socialement. Kismet, un robot créé en 1998 au Computer Science & Artificial Intelligence Lab (CSAIL) du M.I.T., reconnaissait le langage corporel et l'inflexion de la voix de l'homme et y répondait de manière appropriée. Depuis, des robots interactifs ont été commercialisés et certains sont utilisés comme compagnons pour les personnes âgées. Bien que les robots soient utiles pour le nettoyage et l'aide à la mobilité, l'ajout de l'interactivité contribue à réduire l'isolement social des personnes âgées.
Le véritable défi de l'IA consiste à comprendre le fonctionnement de l'intelligence naturelle. Développer l'IA n'est pas comme construire un cœur artificiel : les scientifiques ne disposent pas d'un modèle simple et concret à partir duquel travailler. Nous savons que le cerveau contient des milliards et des milliards de neurones et que nous pensons et apprenons en établissant des connexions électriques entre différents neurones. Mais nous ne savons pas exactement comment toutes ces connexions aboutissent à un raisonnement supérieur, ou même à des opérations de bas niveau. La complexité des circuits semble incompréhensible.
C'est pourquoi la recherche sur l'IA est largement théorique. Les scientifiques émettent des hypothèses sur la manière dont nous apprenons et pensons, et ils expérimentent leurs idées à l'aide de robots. Les chercheurs du M.I.T. CSAIL se concentrent sur les robots humanoïdes parce qu'ils estiment qu'il est essentiel de pouvoir expérimenter le monde comme un humain pour développer une intelligence de type humain. Il est également plus facile pour les gens d'interagir avec les robots, ce qui peut faciliter l'apprentissage du robot.
De zéro à la marche en quelques secondes
Bien que le programme d'IA puisse démarrer avec n'importe quelle invite, Kriegman et son équipe ont commencé par une simple demande de conception d'une machine physique capable de marcher sur la terre ferme. C'est là que l'intervention des chercheurs s'est arrêtée et que l'IA a pris le relais. L'ordinateur a commencé avec un bloc de la taille d'une barre de savon.
Il pouvait bouger, mais certainement pas marcher. Sachant qu'elle n'avait pas encore atteint son objectif, l'IA a rapidement itéré sur la conception. À chaque itération, l'IA évaluait sa conception, identifiait les défauts et réduisait la taille du bloc simulé pour en actualiser la structure. Finalement, le robot simulé a pu rebondir sur place, puis sauter vers l'avant et enfin se déplacer.
Enfin, après seulement neuf essais, il a généré un robot capable de marcher sur 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 - d'un bloc informe sans aucun mouvement à un robot marcheur - n'a pris que 26 secondes sur un ordinateur portable.
« Désormais, tout le monde peut observer l'évolution en action, l'IA générant 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 dans notre monde, il y a eu des milliards et des milliards d'années d'essais et d'erreurs. Cela s'explique par le fait que l'évolution n'est pas prévoyante. Elle ne peut pas se projeter dans l'avenir pour savoir si une mutation spécifique sera bénéfique ou catastrophique. Nous avons trouvé un moyen d'enlever ce mythe, comprimant ainsi des milliards d'années d'évolution en un instant ».
Redécouvrir les jambes
Toute seule, l'IA a étonnamment trouvé la même solution que la nature pour marcher : Les jambes. Mais contrairement aux conceptions résolument symétriques de la nature, l'IA a adopté une approche différente. Le robot qui en résulte a trois jambes, des nageoires le long du dos, un visage plat 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 », explique Kriegman. « Elle a redécouvert que les jambes sont un bon moyen de se déplacer sur terre. La locomotion par les jambes est, en fait, la forme la plus efficace de déplacement terrestre ».
Pour vérifier si le robot simulé pouvait fonctionner dans la réalité, Kriegman et son équipe ont utilisé le robot conçu par l'IA comme modèle. Ils ont d'abord imprimé en 3D un moule de l'espace négatif autour du corps du robot. Ils ont ensuite 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 mou et flexible.
Il était temps de voir si le comportement simulé du robot - la marche - était conservé dans le monde physique. Les chercheurs ont rempli d'air le corps du robot en caoutchouc, ce qui a permis à ses trois jambes de se dilater. Lorsque l'air s'est dégonflé du corps du robot, les jambes se sont contractées. En pompant continuellement de l'air dans le robot, celui-ci se dilate puis se contracte de manière répétée, provoquant une locomotion lente mais régulière. « L'IA peut créer de nouvelles possibilités et de nouvelles voies que les humains n'ont jamais envisagées. Elle pourrait nous aider à penser et à rêver différemment », Sam Kriegman.
Un design inhabituel
Si l'évolution des jambes est logique, les trous constituent un ajout curieux. L'IA a percé des trous dans tout le corps du robot, à des endroits apparemment aléatoires. Kriegman émet l'hypothèse que la porosité enlève du poids et ajoute de la flexibilité, ce qui permet au robot de plier ses jambes pour marcher. « Nous ne savons pas vraiment à quoi servent ces trous, mais nous savons qu'ils sont importants, a-t-il déclaré. En effet, si nous les supprimons, le robot ne peut plus marcher ou ne peut pas marcher aussi bien. »
Dans l'ensemble, Kriegman est surpris et fasciné par la conception du robot, car la plupart des robots conçus par l'homme ressemblent soit à des humains, soit à des chiens, soit à des palets de hockey. « Lorsque les humains conçoivent des robots, ils ont tendance à les faire ressembler à des objets familiers », explique Kriegman. « Mais l'IA peut créer de nouvelles possibilités et de nouvelles voies que les humains n'ont 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 ».
L’IA et la conception de robots marcheurs : une évolution ou une résolution de problème ?
Il est important de noter que l’IA ne produit que des modèles que ses créateurs comprennent. Les mathématiques sous-jacentes aux robots marcheurs sont comprises depuis un certain temps, et l’IA affine simplement le processus qui a permis d’y arriver. Alors, de l’avis de certains, concevoir un robot qui marche ne relève pas d’une évolution, mais plutôt d’une résolution de problème très basique. Cela dit, il est toujours fascinant de voir comment l’IA peut être utilisée pour résoudre des problèmes complexes.
Tout comme la conception physique des robots est un outil pratique pour comprendre l'anatomie animale et humaine, la recherche sur l'IA est utile pour comprendre le fonctionnement de l'intelligence naturelle. Pour certains roboticiens, cette compréhension est le but ultime de la conception de robots. D'autres envisagent un monde où nous vivons aux côtés de machines intelligentes et où nous utilisons une variété de robots de moindre importance pour le travail manuel, les soins de santé et la communication.
Certains experts en robotique prédisent que l'évolution robotique finira par nous transformer en cyborgs, c'est-à-dire en humains intégrés à des machines. Il est concevable qu'à l'avenir, des personnes puissent intégrer leur esprit dans un robot robuste et vivre pendant des milliers d'années. Quoi qu'il en soit, les robots joueront certainement un rôle plus important dans notre vie quotidienne à l'avenir. Au cours des prochaines décennies, les robots sortiront progressivement du monde industriel et scientifique pour entrer dans la vie quotidienne, de la même manière que les ordinateurs se sont répandus dans les foyers dans les années 1980.
Selon des critiques, la vidéo associée à l’article de l’université Northwestern peut donner une impression exagérée de la capacité de l’IA à créer des robots marcheurs. Les scientifiques donneraient l’impression qu’il y a une sorte de magie qui va se produire, des jambes ou quelque chose d’autre, « mais il s’agit juste d’une résolution de problème très basique ».
En fin de compte, il est important de se rappeler que l’IA n’est qu’un outil qui peut être utilisé pour résoudre des problèmes complexes. Bien qu’elle puisse être très utile dans certains cas, elle ne remplacera jamais complètement la créativité et la compréhension humaines.
Source : Northwestern University
Et vous ?
Le travail des chercheurs de l’université Northwestern est-il pertinent ? Apporte-t-il une plus-value aux recherches précédentes sur le sujet ? Quels sont les avantages et les inconvénients de l’utilisation de l’IA pour concevoir des robots ? Comment l’IA pourrait-elle être utilisée pour améliorer d’autres aspects de la robotique ? Voyez-vous des défis éthiques liés à l’utilisation de robots conçus par l’IA ? Comment les robots conçus par l’IA pourraient-ils être utilisés dans le monde réel ?Voir aussi :
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Envoyé par Bruno
