Robot tiến hóa nhờ trao đổi vật liệu di truyền qua nhiều thế hệ

Các nhà nghiên cứu từ Vassar College đã tiến hành một loạt các thí nghiệm cho robot cạnh tranh với nhau trong các nhiệm vụ khác nhau. Điều này nhằm đánh giá sự phát triển qua 10 thế hệ khi chúng đã đổi vật liệu gene di truyền trong một quá trình tương tự như giao phối.

Nghiên cứu lần đầu tiên cho thấy các yếu tố phát triển đóng vai trò trong sự tiến hóa của robot như trong các hệ thống sinh học. Nghiên cứu này cũng chỉ ra nguyên tắc tiến hóa của Darwin có ý nghĩa cả với robot và đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc hiểu sự tác động lẫn nhau giữa sự tiến hóa và phát triển góp phần vào những hệ thống này.

Sau 10 thế hệ, biểu hiện vật lý của robot đã tiến hóa lên bước mới với cách thức nối dây thay đổi - được cho là kết quả của việc xây dựng hệ gene mới - Ảnh: Frontiersin.org

Robot trong nghiên cứu được giao hai nhiệm vụ: thu thập ánh sáng và tránh chướng ngại vật. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng thuật toán ghép đôi ngẫu nhiên để cho phép chúng trao đổi vật liệu di truyền từ quỹ gene di truyền (gene pool).

Những gene này được tạo thành từ mã nhị phân, quy định các dây dẫn khác nhau ở phần cứng của robot. Khi các robot "tái sản xuất" trên 10 thế hệ, biểu hiện vật chất của bộ gene đã thay đổi bằng cách thay đổi dây điện theo thiết lập di truyền mới. Các nhà nghiên cứu đã đo sự tiến bộ của robot bằng cách thực hiện và so sánh điều thay đổi này bằng mô phỏng.

Mặc dù robot tiến hóa đã từng được biết đến một thời gian, các nhà nghiên cứu cho biết đây là lần đầu tiên yếu tố biểu sinh được xem xét. Jake Brawer và Aaron Hill nói: "Đối với các nhà nghiên cứu robot, thách thức Evo-devo (evolution and development: tiến hóa và phát triển) là tạo ra các hệ thống thể hiện phần vật chất bên ngoài robot kết hợp cả ba thang đo thời gian và các quá trình vốn có trong mỗi hành vi, phát triển và tiến hóa. Vì sự phức tạp của việc xây dựng và phát triển phần vật lý của robot, đây là một thách thức khó khăn trong việc tìm kiếm "tiến hóa của sự vật”. Bước đầu tiên hướng tới mục tiêu này, chúng tôi tạo ra một hệ thống thể hiện vật lý cho phép chúng ta kiểm tra một cách có hệ thống các quá trình phát triển và tiến hóa tương tác như thế nào”.

Các nhà nghiên cứu dùng thuật toán ghép đôi ngẫu nhiên cho phép trao đổi vật liệu di truyền từ quỹ gene tạo thành từ mã nhị phân, quy định các dây dẫn khác nhau ở phần cứng của robot, tương tự như giao phối ở sinh vật - Ảnh: Frontiersin.org

Các nhà nghiên cứu cho biết: "Điều quan trọng cần lưu ý là mục tiêu của chúng tôi là không để cho thấy sự tiến hóa thích nghi mà chỉ để thử nghiệm giả thuyết rằng các yếu tố biểu sinh có thể làm thay đổi động lực tiến hóa của thể hiện cơ thể bên ngoài của một số robot. Theo hiểu biết của chúng tôi, công trình của chúng tôi là công trình đầu tiên cho thấy yếu tố biểu sinh được dùng trong cải tiến hệ thống vật lý của robot”.