Когда проектируется совершенно новый робот, сначала обычно проводится его компьютерное моделирование, чтобы понять, как хорошо новая конструкция будет работать. Но даже компьютерное моделирование даёт разработчику ограниченное понимание, как робот будет работать, когда он будет воплощён «в железе». Даже сложные компьютерные модели не всегда показывают, как робот будет вести себя в реальном мире. Это фундаментальное различие между моделированием, и действительностью становится особенно проблематичным, когда имеешь дело с областью робототехники, где очень сложно и дорого построить все версии роботов. Очень хороший пример – это эволюционная робототехника. Основная идея эволюционной робототехники заключается в том, чтобы построить множество простых роботов, испытать их, и затем взять несколько самых лучших роботов и использовать их, чтобы внедрить в следующее поколение роботов их лучшие черты. Это похоже на развитие биологических видов работает (естественный отбор). В эволюционной робототехнике компьютерное моделирование позволяет создать тысячи компьютерных моделей — «поколений» роботов. Но и в эволюционной робототехнике то, что хорошо работает в моделировании, может не работать хорошо в реальности.

Недавно исследователи из института робототехники и интеллектуальных систем в швейцарской высшей технической школе г. Цюриха сделали один шаг вперед, уча «роботов-матерей» самостоятельно собирать роботов-детей из составных частей, чтобы видеть, как хорошо они прогрессируют, выполняя сборку роботов-детей без помощи компьютерных моделей. На видео показан процесс сборки роботов-детей.
Видно, как манипулятор “робота матери” собирает из нескольких стандартных частей («активные» кубики с одной вращающейся стороной и меньшие по размеру «пассивные» кубики) нечто, способное двигаться (что назвали «роботами детьми».

Затем манипулятор транспортируют их в область тестирования, где они с помощью беспроводных технологий активируются. А установленная сверху видеокамера, наблюдает, как они шевелятся.

Когда тестирование «роботов-детей» завершено, их вручную разбирают и детали возвращают на место сборки, чтобы собирать новых «роботов-детей».По результатам тестирования, в программном обеспечении «робота-матери» сохраняются успешные “элитные” проекты (тех «роботов-детей», которые сумели переместиться на самое дальнее расстояние за наименьшее количество времени). Их эволюция будет продолжена в следующем поколении. Система также видоизменяет или «скрещивает» элиты.

Чтобы понять, как «мутация» и «скрещивание»роботов работает в эволюционной робототехнике, можно говорить об этом с точки зрения генов. Конструкция каждого «робота-ребёнка» может быть описан «геномом», состоящим из 1 – 5 генов, где каждый ген описывает особенности одного из модулей, из которых собран «робот-ребёнок», включая его “мозг” (в форме параметров двигательных команд). У «ребенка», собранного в первом видео, есть три «гена». И каждый «ген» включает информацию о том, как модули ориентированы и как каждый последующий модуль прикрепляется к предыдущему. В случае «мутации» может произойти одно из трех событий: к геному элиты наугад добавляют новый ген, , удаляют наугад один ген, или беспорядочно изменяют единственный параметр существующего гена. Таким образом, в контексте робота, который собирается в первом видео, возможно, что он получает другой модуль, (добавление гена), возможно один из его трех модулей будет удален (удаление гена). Или возможно, что третий активный модуль будет помещен не в центре конструкции, а будет смещён влево или вправо (изменение параметра существующего гена). В случае «скрещивания» элитных роботов два элитных «родительских» робота разделяют свои геномы примерно пополам. Первые несколько генов от первого родителя прикладываются к последним нескольким генам от второго родителя. Как только все мутации и скрещивания вычислены, роботы-матери строят следующее поколение роботов-детей. И после их тестирования, процесс эволюции повторяется снова и снова. Исследователи провели пять экспериментов. В каждом эксперименте были собраны и протестированы 10 поколений по 10 роботов. Изображения на втором видео демонстрируют улучшение «физической формы» (способности быстрее и дальше передвигаться) улучшаются в ходе экспериментов.
На рисунках ниже показан один из пяти полных экспериментов, где были построены развиты и улучшены 10 поколений роботов.

В начальном поколении роботов 1 по мере эволюции (1а – 1d) их способность к передвижению улучшается. Это указывает на то, что эволюционный процесс улучшает их возможности передвижения (рисунок А). На рисунке B показаны вид сверху и траектории движения четырех наиболее успешных роботов из экспериментов 1a, 1c и 2.

Как видно из графиков, процесс эволюции не всегда ведёт к непрерывному улучшению возможности передвижения. На графиках видны и провалы, свидетельствующие о том, что, как и при эволюции биологических видов, из-за случайного характера мутаций, качество последующего поколения не всегда лучше, чем предыдущего. Однако, в целом, “улучшение двигательных способностей роботов больше чем на 40 процентов при эволюции в течение более чем 10-ти поколений наблюдались во всех экспериментах.