AI đầu tiên trên thế giới có khả năng tự thiết kế ra robot từ con số 0
Để thử nghiệm AI mới này, các nhà nghiên cứu đã cho hệ thống một câu lệnh đơn giản: Thiết kế một robot có thể đi qua bề mặt phẳng. Thiên nhiên phải mất hàng tỷ năm mới tiến hóa ra những loài bước đi được đầu tiên, thì thuật toán mới này đã đẩy nhanh quá trình tiến hóa theo tốc độ ánh sáng – nó thiết kế ra một con robot vững chãi bước đi chỉ trong vài giây.
Nhưng chương trình AI này không chỉ có tốc độ nhanh chóng. Nó còn chạy được trên máy tính cá nhân và thiết kế những cấu trúc mới hoàn toàn từ con số 0 tròn trĩnh. Điều này tương phản mạnh với các hệ thống AI khác. Chúng thường đòi hỏi những siêu máy tính tiêu tốn nhiều năng lượng cùng các bộ dữ liệu khổng lồ. Và dù đã “tiêu hóa” hết đống dữ liệu đồ sộ ấy, những hệ thống đấy vẫn nằm trong giới hạn sáng tạo của nhân loại — chúng chỉ bắt chước những tác phẩm cũ của con người chứ không có khả năng tạo ra các ý tưởng mới mẻ.
Người đứng đầu nhóm nghiên cứu là Sam Kriegman cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra một thuật toán thiết kế chạy bằng AI có tốc độ rất nhanh tới mức nó vượt qua cả các điểm tắc nghẽn của quá trình tiến hóa, không hề dựa vào khuynh hướng của các nhà thiết kế con người. Chúng tôi nói với AI rằng bọn tôi muốn một robot có thể đi trên mặt đất. Sau đó, chúng tôi chỉ ấn một cái nút và trong nháy mắt, chương trình tạo ra một bản thiết kế cho một con robot trông chẳng hề giống bất kỳ con vật nào từng bước đi trên mặt đất. Tôi gọi quá trình này là ‘sự tiến hóa tức khắc’”.
Kriegman là phó giáo sư ngành khoa học máy tính kỹ thuật cơ khí và kỹ thuật hóa học và sinh học tại Trường Kỹ thuật McCormick thuộc Đại học Northwestern, anh còn là thành viên của Trung tâm Robot và Hệ thống sinh học. Còn tác giả chính của bài báo là nhà khoa học David Matthews tại phòng thí nghiệm của Kriegman. Hai người Kriegman và Matthews đã làm việc mật thiết với các đồng tác giả Andrew Spielberg và Daniela Rus (Viện Công nghệ Massachusetts) cùng Josh Bongard (Đại học Vermont) trong nhiều năm trước khi cả nhóm đi đến phát hiện mang tính đột phá.
Đầu năm 2020, Kriegman đã thu hút được sự chú ý của truyền thông khi phát triển ra các xenobot – dạng robot sống đầu tiên được hình thành hoàn toàn từ các tế bào sinh học. Còn lúc này đây, Kriegman và nhóm của mình nhìn nhận AI của họ là bước tiến tiếp theo trong hành trình khám phá tiềm năng của sự sống nhân tạo. Con robot này trông rất đơn giản: nhỏ bé, mềm xốp và dị hình. Hiện tại thì nó được làm bằng vật liệu vô cơ. Nhưng Kriegman cho biết nó đại diện cho bước đầu tiên trong một kỷ nguyên mới của công cụ do AI thiết kế và chúng có thể hoạt động trực tiếp trong thế giới bên ngoài, như các loài động vật vậy.
Chương trình AI có thể bắt đầu với bất kỳ câu lệnh nào, nhóm của Kriegman đưa ra một yêu cầu đơn giản là thiết kế một cỗ máy vật lý có thể bước đi trên mặt đất.
Tiếp nhận mệnh lệnh, máy tính bắt đầu với một khối có kích thước cỡ cục xà phòng. Nó có thể nhúc nhích nhưng không thể bước đi. Biết rằng sản phẩm tạo ra chưa đạt được mục tiêu, AI nhanh chóng thiết kế đi thiết kế lại. Với mỗi lần lặp lại, AI đánh giá thiết kế của mình, tìm ra những sai sót và gọt giũa khối mô phỏng để cập nhật cấu trúc. Cuối cùng, robot mô phỏng có thể bật lên tại chỗ, rồi nhảy về phía trước và di chuyển. Sau chín lần thử, AI đã tạo ra một robot có thể đi được quãng đường dài bằng nửa cơ thể nó trên một giây – khoảng một nửa tốc độ sải chân trung bình của con người.
Toàn bộ quá trình thiết kế – từ một khối không hình thù và không chuyển động được thành một con robot bước đi đúng nghĩa – chỉ mất 26 giây trên laptop.
Anh Kriegman nói: “Giờ đây, bất kỳ ai cũng có thể quan sát quá trình tiến hóa diễn ra khi AI tạo ra những cơ thể robot càng lúc càng tốt hơn trong thời gian thực. Quá trình phát triển robot trước đây phải mất hàng tuần thử nghiệm trên siêu máy tính, và dĩ nhiên trước khi con vật nào có thể chạy nhảy, bơi lội hay sải cánh bay quanh thế giới, thì tự nhiên cũng phải mất hàng tỷ năm thử nghiệm đúng sai. Lý do là bởi quá trình tiến hóa không thể nhìn xa được. Nó không thể nhìn thấu tương lai để biết là liệu một đột biến cụ thể có thể có ích hay có hại. Còn chúng tôi đã tìm ra một cách để loại bỏ tấm băng bịt mắt ấy, nhờ thế mà có thể nén được hàng tỷ năm tiến hóa thành một khoảnh khắc”.
Thật bất ngờ khi tự thân AI đã nghĩ ra cùng một giải pháp để bước đi như tự nhiên: cái chân. Nhưng không giống những thiết kế đối xứng của tự nhiên, AI dùng một cách tiếp cận khác. Con robot thành quả có ba chân, trên lưng xuất hiện nhiều vây, khuôn mặt dẹt và trên thân có nhiều lỗ.
“Điều này thật thú vị bởi vì chúng tôi không nói cho AI rằng robot phải có chân. Nó tái khám phá ra rằng có chân là một cách phù hợp để di chuyển trên mặt đất. Trên thực tế, phương tiện có chân là hình thái di chuyển trên cạn hiệu quả nhất”, anh Kriegman cho biết.
Để xem robot mô phỏng có thể bước đi ngoài đời thực không, nhóm nghiên cứu đã dùng robot do AI thiết kế ra làm bản vẽ. Đầu tiên, họ in 3D ra một cái khuôn có không gian trống xung quanh cơ thể robot. Sau đó, họ đổ cao su silicone lỏng vào khuôn và để nó đông lại trong vài giờ. Khi nhóm lấy khối silicone đông đặc ra khỏi khuôn, nó rất mềm xốp và dẻo dai.
Lúc này là thời điểm để xem robot có bước đi được trong thế giới thực hay không. Các nhà nghiên cứu bơm cơ thể robot phồng lên, khiến ba chân của nó duỗi ra. Khi cơ thể robot hết hơi thì các chân của nó co lại. Khi liên tục bơm hơi vào con robot, nó lặp lại tình trạng duỗi ra và co lại, nhờ thế mà di chuyển được ổn định tuy là tốc độ chậm.
Trong khi sự tiến hóa của chân rất hợp lý, thì những cái lỗ là một phần bổ sung kỳ quặc. AI đục lỗ trên khắp cơ thể robot tại những chỗ ngẫu nhiên. Tác giả đưa ra giả thuyết rằng nhiều lỗ như thế sẽ giảm trọng lượng và thêm tính linh hoạt, giúp robot cong chân khi bước đi. Khi họ không đục lỗ thì robot không thể đi lại nữa.
Tuy robot đầu tiên của Ai chỉ có thể di chuyển về phía trước, các tác giả hình dung ra rất nhiều khả năng làm ra công cụ mà chương trình này có thể thiết kế ra. Một ngày nào đó, những con robot tương tự sẽ có khả năng di chuyển qua đống đổ nát của tòa nhà sụp đổ, đi theo các tín hiệu nhiệt và rung động để tìm kiếm người và động vật mắc kẹt, hoặc chúng có thể đi qua hệ thống cống rãnh để xác định vấn đề, thông tắc đường ống và khắc phục thiệt hại. AI cũng có thể thiết kế ra robot nano để tiến vào cơ thể người, đi qua dòng máu để thông mạch máu, chẩn đoán bệnh tật hay tiêu diệt các tế bào ung thư.
Ngô Thành
