Dromen doen ze misschien nog niet, maar sommige robots kunnen zich al wel voortplanten. In plaats van genetisch materiaal erven hun baby’s een computercode. Uiteindelijk moeten ze zich ontwikkelen tot nieuwe soorten die hyperefficiënt hun taken uitvoeren.
Beeld: Moker Ontwerp Amsterdam
‘Veel keuze in partners was er niet, ze moesten elkaar wel kiezen’, lacht Guszti Eiben, hoogleraar kunstmatige intelligentie aan de Vrije Universiteit Amsterdam. Hij heeft het over Spider, een blauwe spinvormige stellage van bedrade kubussen, en zijn groene partner Gecko. Twee robots die door Eiben en zijn collega’s zijn ontworpen om zich te kunnen voortplanten.
Hoewel de match van Spider en Gecko gearrangeerd was, bleek ze een succes: in 2016 werd ’s werelds eerste robotbaby geboren. De allereerste robot die niet is ontworpen door mensen, maar gebouwd op een ‘genenpakket’ dat hij erfde van zijn twee ouders. Het idee is om uiteindelijk een robotevolutie op gang te brengen met voortplantende robots.
Hoe dat dan precies werkt, voortplanting bij robots? Voor je je vieze plaatjes in je hoofd haalt met tegen elkaar schurende R2-D2’s: robotvoortplanting gaat er onschuldig aan toe. Geen gedoe met sperma en eicellen. Het genenpakket van beide ouders wordt verzonden via wifi en digitaal samengesmolten tot het genenpakket voor de baby.
Dat genenpakket wordt niet gevormd door DNA, zoals bij ieder levend organisme hier op aarde, maar door een computercode. Het robotkind erft van beide ouders een willekeurig deel van hun computercode, voor zowel de hardware als de software. Robots leggen geen eieren, en ze hebben ook geen baarmoeder. In plaats daarvan wordt het kind gebouwd in een ‘geboortekliniek’ met behulp van een 3D-printer.
Eiben leidt mij rond in het lab waar de eerste robotbaby een paar jaar geleden werd geboren. Intussen gaat de kleine hier naar de crèche (later meer daarover). In het lab houden Eiben en zijn collega’s zich bezig met kunstmatige intelligentie. Ze werken er met voortplantende robots, maar ook met een handjevol andere robotsoorten.
‘Stel dat je alles zou kunnen overerven wat je ouders in hun leven hebben geleerd. Bij robots kan dat’
Eiben wijst eerst naar een onmisbaar huishoudelijk voorwerp voor een robotlab: de robotstofzuiger. ‘Maar die gebruiken we alleen om schoon te maken, niet om onderzoek mee uit te voeren.’ Verder krijg ik onder andere een soort witte kastjes op wielen en een zwerm kleine drones te zien. Met beide robotsoorten wordt onderzoek gedaan naar zwermintelligentie.
De witte, rijdende robots krijgen bijvoorbeeld de opdracht om in groep te jagen op één exemplaar, de ‘prooi’. Ze moeten samenwerken om die te vangen. Hun tactiek zou in de echte wereld van pas kunnen komen bij mogelijke dreiging van vijandige drones.
In een hoek van het lab bevindt zich de geboortekliniek. Daar staat de 3D-printer waaruit de nieuwe robotbaby’s tevoorschijn komen – of toch grotendeels. Niet ieder onderdeel kan worden geprint. Onderdelen als de processor, batterij of de camera’s – de organen, zoals Eiben en zijn collega’s ze noemen – worden handmatig ingebouwd. Op dit moment zijn er dus nog mensenhanden nodig om de geboorte van een robotbaby te voltrekken.
Matchmaker voor machines
Spider en Gecko hadden nog weinig keus in wie hun partner zou zijn. Maar in een volgende fase krioelt het voor de robots van de potentiële partners. Eiben is dat scenario uitvoerig aan het testen in een virtuele omgeving. Dat roept weliswaar een nieuwe vraag op: hoe zullen die robots elkaar straks kiezen?
Of een potentiële partner aantrekkelijk is, hangt af van hoe ‘fit’ die is. En die fitheid heeft dan weer te maken met hoe goed een robot zijn taken uitvoert. Robots hebben natuurlijk geen vrije wil. Echt kiezen doen ze dus niet zelf. Daar hebben ze een ‘matchmaker’ voor, een algoritme dat een overzicht bijhoudt van hoe fit alle vruchtbare robots in een pool zijn. Er zijn bepaalde selectiemomenten, legt Eiben uit. En op die momenten zegt de matchmaker: ‘Jij daar Blokkie, jij gaat een kind maken met Salamander’.
Het is niet zo dat alleen de allerfitsten kinderen krijgen, zegt Eiben. Ook de minder fitte maken kans. Al is het algoritme wel zo opgebouwd dat die kans voor hen kleiner is. Daarnaast geldt in robotevolutie een wet die we kennen van Darwin: de survival of the fittest. Een robot moet kunnen overleven om de kans te krijgen zich voort te planten. Zeker als hij straks wordt losgelaten op Mars, in een oerwoud of een andere uitdagende omgeving.
In het proces van overerving is ook nog ruimte ingebouwd voor willekeurige mutaties. Net als in de natuur. Het hoofd van de robotbaby is bijvoorbeeld een witte kubus – terwijl de ene ouder volledig groen van kleur is, en de andere volledig blauw. Dat verschil is het resultaat van een mutatie. Mutaties kunnen het evolutieproces in onverwachte richtingen sturen. En ze kunnen soms per toeval leiden tot gunstige eigenschappen, opnieuw net als in de natuur.
Evolutie als ontwerper
Waarom we robots willen laten voortplanten en evolueren? Evolutie is een geniale ontwerper. Door evolutie op robots los te laten, kunnen er vormen en functies ontstaan die we zelf nooit hadden kunnen bedenken. En die perfect afgesteld zijn op de omgeving en de taken die de robots moeten volbrengen.
‘Stel je een toekomstscenario voor waarbij je een kudde zelfreproducerende robots naar een andere planeet stuurt’, zegt Eiben. ‘Zij zullen zich daar ontwikkelen zoals organismen zich op een leefbare planeet zouden ontwikkelen. Sommige zullen zwemmen, andere vliegen, lopen of kruipen. Omdat wij mensen die planeet niet goed kennen, zal het ons niet lukken om de optimale vorm te ontwerpen voor de omstandigheden daar. Met evolutie los je dat probleem op.’
Het idee is om het evolutieproces sneller te laten verlopen dan in de natuur. We hebben immers niet het geduld om miljoenen jaren te wachten. Gelukkig kunnen nieuwe generaties robots veel sneller worden geproduceerd. Bij een mens is er negen maanden nodig om een enkel wezentje op de wereld te zetten. Bij een robot is de klus op maximaal negen uur geklaard.
Plus: in de natuur kunnen, op een paar uitzonderingen na, alleen soortgenoten met elkaar voortplanten. Bij robots heb je die beperking niet. Hun lichamen hoeven niet bij elkaar te passen. Ook dat kan het evolutieproces in robots een stuk bespoedigen. Je komt zo vlugger tot een grote verscheidenheid aan vormen.
Daarnaast kunnen we robotevolutie ook nog eens sneller en efficiënter maken door ons ermee te bemoeien, legt Eiben uit. ‘Echte evolutie is blind. Ze verspilt levens. Van de honderden kleine schildpadjes die de zee proberen te bereiken, overleven er maar een paar.’ Zulke verspilling zal bij robotevolutie niet snel voorkomen.
‘We kunnen robotembryo’s testen voordat ze gebouwd worden. We kunnen kijken naar de code en bijvoorbeeld nagaan of de embryo sensors en een camera heeft. Als die ontbreken, wordt de robot doof en blind. Dan schatten we zijn levensvatbaarheid laag in. In zulke gevallen zullen we de robotbaby niet printen.’
Als we op basis van de code de levensvatbaarheid hoog inschatten, kunnen we de robotbaby virtueel testen, voegt Eiben toe. ‘Al merken we dat er altijd sprake is van een zogeheten reality gap.’ In eerder onderzoek hebben we gezien dat robots die virtueel een score van 100 procent halen, in het lab misschien nog 20 procent scoren.’
Eiben denkt dat het binnen vijf jaar al mogelijk is om robots te fokken. Zoals we dat ook met dieren doen, om bijvoorbeeld een koe te fokken die meer melk geeft, of een paard dat sneller rent. ‘Bepaalde eigenschappen, zoals hoe efficiënt een robot met zijn batterij omgaat, worden uitgekozen door de fokker. Daarmee stuur je de evolutie en kan je het proces enorm versnellen. Zo’n fokkerij zou robotevolutie in de eerste vorm zijn.’
Robotevolutie kan in theorie tot gevaarlijke situaties leiden. Vandaar dat AI-expert Guszti Eiben (VU Amsterdam) voor zijn robotlab nauw samenwerkt met een ethicus. ‘Het heeft nu nog een hoog sciencefictiongehalte’, zegt Gerben Meynen (VU Amsterdam). ‘De robots zitten zeker nog niet in een vergevorderd stadium.’ We hebben het inderdaad over een reeks machinale blokken die zich met de snelheid van een luiaard voortbeweegt. Maar als je pas over de gevolgen gaat nadenken als de werkelijke dreiging er is, dan ben je al te laat, stelt Meynen.
De ethicus zet drie mogelijke gevaren op een rij, al benadrukt hij dat er ongetwijfeld nog meer te bedenken zijn.
De robots krijgen heel veel, maar dan ook heel veel nakomelingen. Zo veel dat ze een groot deel van onze energiebronnen in beslag nemen en wij straks amper elektriciteit over hebben. Ze worden een soort plaag.
Momenteel zijn de zich voortplantende robotjes nog vriendelijke, onschuldige exemplaren. Maar met ongecontroleerde evolutie zouden ze zich kunnen ontwikkelen tot wezens met schadelijke eigenschappen. Robots met scherpe ledematen die al dan niet bewust mensen verwonden of robots die giftige stoffen uitscheiden.
Een andere mogelijkheid is dat de robots wel vriendelijk blijven en dus onschuldig lijken, maar uiteindelijk toch de heersende ‘soort’ worden. Wij zouden dan misschien wel van alles van ze mogen, maar uiteindelijk trekken zij dan aan de touwtjes. Dat zou problematisch zijn voor de menselijke autonomie.
Hoe je die gevaren kan afwenden? Eiben en Meynen hebben een idee voor een manier om een soort veiligheidsschakelaar in te bouwen. De belangrijkste vereiste is dat het onmogelijk blijft voor robots om op willekeurige plekken nakomelingen te krijgen, zoals dieren dat kunnen. Robotbaby’s moeten op een gecentraliseerde plek ter wereld komen, vindt Eiben. In een ‘geboortekliniek’. Daar mag er maar één van zijn. Zo kan je, op het moment dat robotevolutie een gevaarlijke kant op dreigt te gaan, de productie van nieuwe robotbaby’s stilleggen.
Er is wel een grote ‘maar’, zegt Meynen. ‘We moeten beseffen dat het in deze scenario’s om intelligente entiteiten gaat, en een onvoorspelbaar proces waarbij onverwachte eigenschappen kunnen ontstaan. Het is dus niet ondenkbaar dat ze met hun intelligentie die centralisatie weten te omzeilen. Daarbij is het niet ondenkbaar dat wij de robots zo lief en aardig gaan vinden dat we in eerste instantie helemaal geen maatregelen tegen ze willen nemen. Totdat het te laat is.’
De eerste stapjes
Het is niet zo dat er in het lab aan de lopende band robots aan het voortplanten zijn. Eigenlijk zien ze op dit moment weinig actie. Voortplanting in robots kost veel tijd en energie. Maar dat het kan, hebben Eiben en collega’s bewezen. Nu leggen ze zich toe op robotbaby’s onderrichten. In de crèche, zoals Eiben het noemt.
Volgens Eiben en zijn collega’s is het leerproces van een robotbaby cruciaal voor robotevolutie. Enerzijds verhoogt het de overlevingskans. De fitheid van een robot is hoger met een getraind brein dan met een ongetraind, overgeërfd brein. Tegelijk werkt het leerproces als een soort filter. ‘Robots die niet goed kunnen leren, willen we ook niet laten voortplanten.’
In de crèche krijgen de robots basisvaardigheden aangeleerd als bewegen en andere motorische vaardigheden. Ze leren ook onderscheid te maken tussen dingen die meer en minder belangrijk zijn. Stel bijvoorbeeld dat obstakels in de ruimte blauw zijn en laadstations rood, dan kan de robot al lerende een voorkeur ontwikkelen voor bewegen in de richting van rode dingen.
Via camera’s aan het plafond krijgt de robot feedback. Na iedere leerfase wordt hij getest. Zodra hij boven de drempelwaarde op de leercurve uitkomt, is hij geslaagd. ‘Dan verklaren wij hem een volwassen, geslachtsrijpe robot’, zegt Eiben (al hebben robots geen geslacht). ‘Volwassen robots doen wat volwassen mensen ook doen: nuttig werk verrichten en kinderen maken.’ Als een robot te lang blijft hangen onder de drempelwaarde, dan wordt hij onvruchtbaar verklaard.
Doctoraatsstudent Fuda van Diggelen, die in het robotlab samenwerkt met Eiben, laat mij zien hoe de robotbaby bewoog vlak na zijn geboorte, om aan te geven hoeveel hij al geleerd heeft. Het jonkie spartelde wild met zijn ledematen, als een hond die per ongeluk in de sloot is terechtgekomen, maar kwam geen centimeter vooruit. Nu beweegt hij zich voort met beheerste stappen.
Wat het leerproces voor robotbaby’s extra moeilijk maakt ten opzichte van baby’s in de natuur: ze zijn vaak compleet anders gebouwd dan hun ouders. De ene ouder roeide misschien met zijn ledematen om vooruit te komen, terwijl de andere stapte. De baby, die beide types ledematen willekeurig kan erven, moet zelf uitvogelen wat voor hem de optimale manier van voortbewegen is.
Een extra leven
Robotevolutie kan ons niet alleen helpen bij het ontwerpen van robots. Het kan ook licht werpen op fundamentele vragen over evolutie in de natuur. ‘De aarde is eigenlijk een groot experiment van een manier waarop leven gemaakt is. De miljarden organismen verschillen in uiterlijk, maar de basis is dezelfde’, stelt Jacintha Ellers, evolutionair ecoloog aan de Vrije Universiteit Amsterdam en als bioloog betrokken bij het project. Alle organismen op aarde zijn gebouwd op DNA, dat op ongeveer dezelfde manier wordt overgeërfd. Met robotevolutie kan je als het ware een nieuwe vorm van ‘leven’ creëren.
Wat robotevolutie ons dan precies kan leren? Het geeft bijvoorbeeld inzicht in de beperkingen van evolutie, zegt Ellers. ‘Wij erven van onze ouders alleen DNA. Maar stel nu dat je ook alles zou kunnen overerven wat je ouders in hun leven hebben geleerd? Bij robots kan dat.’ Ellers vraagt zich af wat dat voor effect zou hebben op het evolutieproces. Zouden wij als soort veel sneller evolueren als we niet meer bij iedere geboorte vanaf nul hoeven te beginnen?
Robotevolutie kan bovendien iets zeggen over de manier waarop genen coderen voor onze eigenschappen. Dat gebeurt indirect. Je hebt niet één gen dat codeert voor een oor, en een ander gen dat codeert voor een been. Vrijwel iedere eigenschap is het resultaat van een netwerk van genen dat samenwerkt.
Een fundamentele vraag is: waarom moet die codering zo complex en indirect zijn? Robotevolutie kan daar misschien een antwoord op geven. We zouden bij robots zowel directe als indirecte codering kunnen inbouwen, en het evolutieproces met elkaar vergelijken.
Als laatste is het interessant om bij robotevolutie te kijken naar soortvorming. Zou evolutie in robots op een vergelijkbare manier leiden tot soortvorming, waarbij de ene soort zich niet meer kan voortplanten met de andere soort? Hoe snel zou die soortvorming dan verlopen?
Oerwoud als lakmoesproef
De eerste omgeving waarin Eiben robotevolutie wil loslaten is een bos of oerwoud. Hij wil er robots laten evolueren die de omgeving kunnen onderzoeken: ‘Insecten tellen, luchtvochtigheid meten, bodemmonsters nemen.’ Waarom daar? ‘Het is een stuk dichterbij dan Mars, en een bos is een complexe omgeving. Een robot ontwerpen die daar optimaal functioneert is ontzettend moeilijk.’
Moet de robot minuscuul zijn om overal tussendoor te kruipen? Of juist groot of hoog, zodat hij over alles heen kan kijken? Moet hij wielen hebben, of ledematen, of beide? Hoeveel sensors heb je nodig? ‘In een volgende studie zou ik in het lab zo’n oerwoudmodel willen nabootsen’, zegt Eiben. ‘Met allemaal obstakels, zoals boomstronken, tunnels en structuren van textiel.’
Eiben heeft nog een paar zaken nodig voordat hij echte oerwoudrobots kan laten evolueren. Te beginnen bij een 3D-printer die in een keer een volledig functionele robot kan printen, met organen en al. Omdat er nu nog zoveel met de hand gebeurt, is dat nog een tijdrovend proces. ‘Verder missen we eigenlijk alleen nog tijd en geld’, zegt Eiben. ‘De kennis is er. We weten hoe het moet, en we hebben laten zien dat het kan.’
Evolutie is eigenlijk niks meer dan de voortdurende herhaling van selectie en reproductie. En beide hebben Eiben en zijn collega’s mogelijk gemaakt in robots. Daar is de ‘first family’ het bewijs van.
