ロボットの「自然淘汰」が全く新しいものに再結合

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このストーリーは、出生前検査から子供を持たないRedditまで、生殖に関する1週間にわたるシリーズの一部です。

バクテリアもウイルスも、ミミズも哺乳類も、そしてミツバチでさえも生殖する。地球上のあらゆる生物は、無性生殖（退屈）であろうと有性生殖（面白い）であろうと、生殖する。ロボットは生殖しない。機械は鋼鉄のように冷徹で、生殖に全く興味がないのだ。

しかし、もしかしたらロボットは学習できるかもしれない。進化ロボティクスと呼ばれる魅力的な分野の科学者たちは、機械が世界に適応し、最終的には生物のように自ら繁殖できるようにしようとしている。つまり、特定の環境に特によく適応した2台のロボットが、それぞれの遺伝子（つまりコード）を組み合わせ、親ロボットの長所を併せ持つ3Dプリントの赤ちゃんロボットを作り出す日が来るかもしれない。このアプローチが成功すれば、人間のエンジニアでは到底考えられないような、美しく適応した形態や行動を自ら設計するロボットが誕生するかもしれない。

奇妙な脚とロボットの赤ちゃん

突飛で少し不安に聞こえるかもしれないが、進化ロボット学者たちはすでにこうした空想的なデザインを量産している。たとえば、昨年オーストラリアの研究者たちは、最初にランダムに20の形状を生成することでロボットの脚の形状を進化させた。シミュレーションでは、さまざまな表面でそれぞれの歩行性能をテストした。つまり、適者生存の意味で「適応度」をテストしたのだ。次に、最も優れた結果を得たもの同士を「交配」して、似たような脚、つまり子孫を作った。研究者たちはこれを何度も何度も何世代にもわたって繰り返し、固い土の上、砂利の上、あるいは水中での歩行に見事に適応した脚を生み出した。そのデザインは奇抜で、まるでフォートナイトのダンスをしている木の人間（固い土に適している）や、いびつな象の足（水に適している）のように見える。

まさにそれがポイントです。伝統的に、エンジニアがロボットを設計しようとすると、アイデアを使い回しがちです。なぜ火星探査車は6輪なのでしょうか？6輪車は以前、火星でうまく機能していたからです。しかし、もしかしたら設計者は何かを見落としているのかもしれません。進化の素晴らしい点は、常に突飛なアイデアに遭遇することです。例えば、熱帯雨林でアリの体に侵入し、マインドコントロールする菌類を設計した人はいません。その特異な戦略は、何世代にもわたるランダムな突然変異と自然淘汰によって生まれたのです。

自然界と同様に、ロボット種の進化を牽引するのは突然変異です。鍵となるのは多様性です。2つの生物が子孫を残すと、それぞれの遺伝子が結合しますが、突然変異も同時に起こり、微妙に異なるカモフラージュなど、子に特有の特徴をもたらすことがあります。こうした突然変異は、子孫が特定の環境に多少なりとも適応することを意味します。もし不利な突然変異であれば、その動物は繁殖能力が低下し（あるいは全く繁殖できず）、突然変異した遺伝子は次世代に伝わりません。

アムステルダム自由大学のコンピュータ科学者、グス・アイベン氏が行っている研究を考えてみよう。彼は、接続されたモジュールで構成された比較的単純な2体のロボットを用意し、それぞれの「ゲノム」を組み合わせることで交配させる。ゲノムには、例えば色に関する情報が含まれている。さらに、このデータの融合にノイズを加えることで、生物学的突然変異を模倣し、子孫が両親の純粋な混合体にならないように微妙な変化を起こさせる。「片方の親は完全に緑色で、もう片方の親は完全に青色です」とアイベン氏は言う。「すると、子孫は青色のモジュールと緑色のモジュールを持ちますが、頭部は白色になります。これは私たちが組み込んだものではなく、突然変異による効果なのです。」

そして、この多様性はロボット設計における新たな創造性をもたらします。「多様性が広がり、通常は踏み込まないような設計空間の領域を探求する力を与えてくれます」と、進化する脚システムを開発し、最近Nature Machine Intelligence誌に進化ロボット工学の枠組みを発表した研究者デビッド・ハワードは述べています。「自然進化を強力にするものの一つは、生物を環境に真に特化させることができるという考え方です。」

ロボットが特定の環境におけるニッチに適応できるようにすることが目的です。例えば、ジャングルを自力で探索できるロボットが欲しいとします。つまり、植生の中をどのように移動するかを制御するアルゴリズムと、密林に適応できる形態（つまりローターは不要）が必要になります。まず、ロボットが移動できる環境をシミュレートし、最も優れたパフォーマンスを発揮するロボットを選抜・育成します。そして、それに基づいて、わずかに異なる物理的な機械を設計します。

「私たちがやろうとしているのは、非常にシンプルで安価に作れる小型ロボットを大量に手に入れることです」とハワードは言う。「それらを送り出すと、中には他のロボットよりも優れた結果を出すものも出てくるでしょう」。もしロボットが帰還できなかったら、「適応型」とはみなされない。これは自然淘汰の作用だ。帰還できたロボットは次世代の子孫を残すことができ、3Dプリンターが自動的にそれを吐き出す。こうしてロボット種は進化していく。ハワードは、このようなシステムが20年ほどで実際に機能するのを目にすることができるだろうと見ている。

3Dプリンターといえば…

実際、これらの進化型ロボットの材料は少々問題だ。「3Dプリンターの速度が向上すれば、このようなアイデアは実現するでしょうが、今のプリンターは速度が非常に遅いのです」と、チリ大学で進化ロボット工学を研究するフアン・クリストバル・ザガル氏は言う。機械も印刷材料も高価だ。しかし、3Dプリンターは既に金属を含む様々な材料を印刷でき、今後はさらに高速化と低価格化が進むだろう。

概して、これらのロボットの範囲と範囲は、これらの進化システムが材料をいかに創造的に扱うかに大きく左右されるだろう。従来のロボットを作るとき、エンジニアはモーターの金属から手足の炭素繊維まで、どこにどの材料を使うべきかを知っている、あるいは何十年にもわたる研究に基づいて知っていると思っている。しかし、シミュレーションでさまざまなロボットの形態と動作をオーディションすることに加えて、エンジニアは材料を組み合わせることもできる。まず、各材料の特性を記述したデータベースを構築し、次にそれらの材料をロボットの部品に割り当てる。つまり、特定の環境を歩行する場合、プラスチック製の脚の方が炭素繊維製の脚よりも適しているかもしれない。ロボットが生き残れば、部品と材料の組み合わせの中に、その仕事、あるいは進化論的な意味でのニッチに適した何かがあったことを意味する。

「新しい種類の素材が利用可能になったら、それを差し込むだけで、そこから選択できるようになるかもしれません」とハワード氏は言う。「人間のデザイナーの負担が大幅に軽減されるのです。」

ここまで読んで、「ロボットに子孫を残すことに何の問題があるというんだ？」と思われたかもしれません。答えは、心配する必要はありません。人間はこれらのシステムを厳密に設計しており、それらは特定のルール、つまり自然淘汰の原理に従っています。魚が陸上で歩くために脚を進化させた理由がわかっているように、ロボットの系統が特定の環境に形態や行動を適応させる理由もわかっています。結果として得られるデザインは驚くべきものかもしれませんが、設計者がロボットに人間をできるだけ打ち負かすように進化するように指示しない限り、人類にとって有害となることはありません。もちろん、そんなことはまずあり得ませんが。

確かに、ロボットに進化と繁殖の能力を与えることは、従来の技術に比べて機械を設計する上でより複雑な方法と言えるでしょう。しかし、それは新たな種類の工学的創造性を解き放つ可能性もあり、機械が地球上の支配的な生物としての地位を奪うことにはほぼ間違いなく繋がらないでしょう。