Prírodou inšpirované algoritmy

Walterove roboty

W. Grey Walter sa narodil v Kansas City, Misoury v roku 1910. V roku 1915 sa presťahovali do Anglicka kde v roku 1931 dokončil King's College Cambridge. Potom čo nedostal členstvo vo výskumnom centre, robil výskum v nemocnici v Londýne (1935-39), kde sa zaoberal aplikovanou neurofyziológiou. Po 39 až do roku 1970 pracoval v Burden Neurological Institute v Bristole.

V 50-tych rokoch postavil jednoduché, mobilné roboty, tvarom pripomínajúce korytnačky. Napriek nejednoduchšej možnej konštrukcii robotov, Walter demonštroval na experimentoch, že jeho korytnačky vykazujú správanie, ktoré by neoboznámený pozorovateľ považoval za prejav správania živého organizmu. Prvé dva exempláre z týchto robotov nazval autor Elmer a Elsie (Electro Mechanical Robots, Light Sensitive). Ich unikátnosť spočívala práve v správaní. Snímače robotov (ich reflexy), v kombinácii s vybavením robotov spôsobovali, že žiadnu akciu nevykonali tak isto dvakrát. Toto bola prvá forma správania ktoré dnes nazývame umelý život.

Roboty obsahovali tieto časti

• tri kolieska, dve zadné, a predné ktoré slúžilo ako hnacie a zároveň ako riadiace, teda určovalo smer pohybu.
• svetelný senzor bol pripojený na hriadeľ, ktorý riadil predné koliesko teda jeho orientácia bola vždy v smere pohybu.
• dotykový senzor bol jednoduchý spínač ktorý sa vypol kedykoľvek robot do niečoho narazil.
• hnací motor poháňal predné koliesko, určoval teda rýchlosť pohybu.
• riadiaci motor bol napojený na hriadeľ na ktorom bolo predné koliesko, determinoval teda smer pohybu.
• dva neuróny reprezentované dvoma vákuovými elektrónkami, pripájali senzory k motorom.

Tomuto "druhu" korytnačiek dal latinské meno Machina speculatrix (speculatrix = skúmavý) nakoľko skúmali svoje okolie aktívne, vytrvalo a systematicky tak ako zvieratá.

Na myšlienku týchto jedinečných robotov prišiel po krátkej úvahe. "Ak je tajomstvo mozgu skryté v obrovskom počte neurónov, z ktorých je mozog zložený, je pre potom pre nás cesta odhalenia tohoto tajomstva navždy uzavretá. Jediná nádej pre nás je, že počet neurónov nie je až taký dôležitý ako bohatosť prepojení medzi nimi." Vychádzajúc z tejto jednoduchej úvahy navrhol robota, ktorého celková mechanická konštrukcia ako aj elektronický obvod boli veľmi jednoduché. Neuróny, teda vákuové elektrónky, v úlohe zosilňovačov, pripájali oba senzory (svetelný aj dotykový) k dvom motorčekom. Jeden z týchto motorčekov určoval rýchlosť pohybu, a druhý smer pohybu. Ten prvý motorček bol pripevnený k hriadeľu, teda ku kormidlu celého robota - mal teda "predný náhon". Druhý motorček bol umiestnený v tele robota a cez prevod otáčal hriadeľom prednej vidlice, "volantom". Určovanie smeru jazdy však bolo špecifické vtom, že predná vidlica sa mohla otáčať len v jednom smere. Toto obmedzenie determinovalo typický oscilačný pohyb ako možno vidieť v časti o správaní. Prvý senzor, svetelný, bol pripevnený na prednú vidlicu, teda jeho orientácia bola vždy v smere jazdy. Druhým senzorom bol obyčajný dotykový spínač, ktorého zopnutie bolo vyvolané vždy keď sa robot stretol s nejakou prekážkou, teda keď narazil do nej svojím krytom. Zopnutie tohoto spínača priviedlo jednu z elektróniek na istý čas do náhodných oscilácií, čo sa navonok prejavilo v odklonení robota od predpokladanej dráhy, a teda vyhnutiu sa prekážke. Podľa Walterovej interpretácie bolo zopnutie dotykového senzora akýmsi druhom "trestu" pre robota. Možno si tu teda všimnúť pôvod emergentného správania:

• "iba" dva neuróny
• orientácia svetelného senzora "iba" v smere jazdy
• "trest" - krátkodobé oscilácie pri zopnutí dotykového spínača
• smer určujúca vidlica sa otáčala jedným smerom (napr. doľava)

Keď sa bližšie pozrieme na pôvody tohoto nezvyčajného správania, všimneme si jednu spoločnú vlastnosť: každý z nich je istým obmedzením. Pôvodom výsledného nepredvídateľného správania je teda súborom obmedzení v systéme !