由Northwestern University的研究人员领导的团队开发了迄今为止第一台能够智能设计机器人的人工智能。

这款人工智能在一台普通个人电脑上运行，能够从零开始构建全新的结构，与其他依赖庞大数据和高性能计算的人工智能模型有所不同。通过简单的“设计一个步行机器人”的提示，该机器人从一个静止的块演变成了一个奇异、多孔的三足实体，能够缓慢而稳定地移动。

这款由人工智能设计的生物不仅代表了机械成就，还可能标志着一种范式转变，为设计、创新和潜在应用领域提供了新的、无拘束的视角，涵盖了从搜救到医学纳米技术等广泛领域的潜在未来发展。

1. 快速设计： 该人工智能在一台基本笔记本电脑上仅用26秒创建了一个功能性的行走机器人，展示了机器人设计和演化中前所未有的速度。

2. 创新结构：与传统人工智能不同，倾向于模仿现有设计的系统，这个系统创造了一个全新、奇异形状而有效的机器人，拥有三条腿和多孔的身体，揭示了不受人类设计偏见影响的解决方案。

3. 实际和未来应用： 这种由人工智能驱动的设计的应用和意义是巨大的，涵盖了危机响应机器人、能够在碎石中导航以寻找幸存者，或是设计用于医学诊断和治疗的纳米机器人等各种领域的潜在未来发展。

为了测试这款新人工智能，研究人员给系统一个简单的提示：设计一个能够在平坦表面行走的机器人。尽管自然演化第一个步行物种花费了数十亿年的时间，但新算法将演化速度压缩到了闪电般的速度——在短短几秒钟内设计出了一个成功行走的机器人。

但这款人工智能程序不仅仅是快。它还可以在轻量级个人电脑上运行，并从零开始设计全新的结构。这与其他人工智能系统形成了鲜明对比，后者通常需要高能耗的超级计算机和庞大的数据集。即使在处理所有这些数据之后，这些系统也受限于人类创造力的限制——只能模仿人类过去的作品，无法生成新的想法。

Northwestern University McCormick工程学院的计算机科学、机械工程和化学生物工程助理教授Sam Kriegman领导了这项工作。该论文的第一作者是Kriegman实验室的科学家David Matthews。Kriegman和Matthews在与合著作者Andrew Spielberg和Daniela Rus（麻省理工学院）以及Josh Bongard（佛蒙特大学）密切合作数年后取得了突破性的发现。

从异生体到新生物体

早在2020年初，Kriegman因开发异生体而受到广泛媒体关注，这是由生物细胞完全制成的第一批活体机器人。现在，Kriegman和他的团队将他们的新人工智能视为探索人工生命潜力的下一个进步。这个机器人本身毫不起眼——小巧、柔软且形状不规则。目前，它由无机材料制成。但Kriegman表示，它代表了人工智能设计的工具迈向新时代的第一步，这些工具可以像动物一样直接作用于世界。

“当人们看到这个机器人时，他们可能会觉得这是一个无用的小玩意，” Kriegman说。“我看到的是一个全新生物体的诞生。”

从零到几秒钟内行走

尽管这个人工智能程序可以从任何提示开始，但Kriegman及其团队从一个简单的请求开始，即设计一个能够在陆地上行走的物理机器。研究人员的输入止步于此，然后由人工智能接管。

计算机从大约是肥皂块大小的方块开始。它可以摇摆，但绝对不能行走。知道它还没有达到目标，人工智能快速迭代设计。每次迭代，人工智能评估其设计，识别缺陷，并削减模拟块以更新其结构。

最终，模拟机器人可以在原地弹跳，然后向前跳跃，然后移动。最后，在仅仅九次

尝试之后，它生成了一个每秒可以走半个身体长度的机器人——大约是人类平均步幅的一半。

从一个毫无形状的块到一个完整的行走机器人的整个设计过程——只需在笔记本电脑上花费26秒。

“现在，任何人都可以看到演化是如何在行动中发生的，因为人工智能实时生成越来越好的机器人身体，” Kriegman说。“以前，演化机器人需要在超级计算机上进行数周的试错，当然，在任何动物能够在我们的世界中奔跑、游泳或飞翔之前，都经历了数十亿年的试错。这是因为演化没有远见。它不能预见到未来，不知道特定的突变是有益的还是灾难性的。我们找到了一种消除这个眼罩的方法，从而将数十亿年的演化压缩到瞬间。”

AI出奇地提出了与自然相同的解决方案：腿。但与自然明显对称的设计不同，人工智能采取了不同的方式。由此产生的机器人有三条腿，背部有鳍，平坦的脸，布满了孔洞。

“有趣的是，我们没有告诉人工智能机器人应该有腿，” Kriegman说。“它重新发现了在陆地上移动的好方法是腿。事实上，有腿的运动是陆地上最有效的运动形式。”

为了查看模拟机器人是否可以在现实中工作，Kriegman和他的团队使用了由人工智能设计的机器人作为蓝图。首先，他们3D打印了机器人身体周围的负空间的模具。然后，他们将模具填充了液体硅橡胶，并让其固化几个小时。当团队将凝固的硅橡胶从模具中取出时，它是柔软而有弹性的。

现在，是时候看看机器人在物理世界中的模拟行为——行走是否保留下来了。研究人员用空气填充橡胶机器人的身体，使其三条腿膨胀。当空气从机器人的身体泄漏时，腿就会收缩。通过不断地将空气注入机器人，它反复膨胀然后收缩——导致缓慢但稳定的移动。

陌生的设计

尽管腿的进化是有道理的，但孔洞是一个奇怪的添加。人工智能在机器人的身体上随机地加孔。Kriegman假设多孔性去除了重量并增加了灵活性，使机器人能够弯曲其腿以行走。

“我们真的不知道这些孔洞是做什么的，但我们知道它们很重要，”他说。“因为当我们去掉它们时，机器人要么无法再行走，要么行走效果不佳。”

总体而言，Kriegman对机器人的设计感到惊讶和着迷，指出大多数由人类设计的机器人要么看起来像人类，要么像狗，要么像冰球。

“当人类设计机器人时，我们倾向于设计它们看起来像熟悉的物体，” Kriegman说。“但人工智能可以创造新的可能性和新的前进方向，这是人类从未考虑过的。它可能帮助我们以不同的方式思考和梦想。这可能有助于我们解决一些我们面临的最困难的问题。”

潜在未来应用

尽管这款人工智能的第一台机器人只能做到前进，但Kriegman想象着由同一程序设计的工具的无限可能性。

有一天，类似的机器人可能能够在倒塌建筑的瓦砾中导航，通过热和振动特征寻找被困的人和动物，或者它们可能穿越下水道系统以诊断问题，清理管道并修复损害。

人工智能还可能能够设计纳米机器人，进入人体并在血流中导航，以清除动脉堵塞，诊断疾病或杀死癌细胞。

“我们得到这些新工具和疗法的唯一障碍是我们不知道如何设计它们，” Kriegman说。“幸运的是，人工智能有自己的想法。”