Immaginate uno scienziato che voglia inviare un robot a esplorare un luogo remoto, un luogo dalla geografia sconosciuta e forse anche inospitale. Adesso immaginate che invece di progettare quel robot e spedirlo con la speranza che possa essere adeguato, spedisca una tecnologia che produce robot che capisca all’arrivo quale genere di robot servirà, lo costruisca e gli consenta di continuare a evolversi per adattarsi al nuovo ambiente. 
Questo è ciò a cui sto lavorando insieme ai miei collaboratori: una tecnologia innovativa che permetta ai robot di essere creati, di riprodursi e di evolversi per un lungo periodo di tempo, una tecnologia dove la progettazione e la fabbricazione diventino una mansione delle macchine e non più degli esseri umani. 
I robot sono già tra noi, nelle fabbriche, negli ospedali e nelle nostre case. Ma da un punto di vista ingegneristico, la progettazione di un robot magazziniere o di un aspirapolvere per la casa è relativamente semplice. Sappiamo esattamente cosa devono fare, e possiamo anche ipotizzare lo scenario in cui opereranno. Progettiamo con queste informazioni. Ma se volessimo inviare questo robot a lavorare in un luogo che conosciamo poco o addirittura per niente? Ad esempio a eliminare rifiuti radioattivi in un reattore nucleare dove è pericoloso inviare esseri umani, a cercare minerali in una fossa in fondo all’oceano, o a esplorare un asteroide nello spazio. Quanto sarebbe frustrante se un robot progettato dall’uomo, che ha impiegato anni per raggiungere l’asteroide, all’improvviso dovesse scavare una buca per raccogliere dei campioni o superare una collina ma non avesse gli strumenti o mezzi di locomozione adatti per farlo? Se invece avessimo una tecnologia che rendesse possibile progettare e ottimizzare i robot in situ, nell’ambiente dove dovranno vivere e lavorare, potremmo potenzialmente risparmiare anni di lavoro inutile e produrre robot che si adattino unicamente all’ambiente in cui si trovano. 
Per realizzare questa tecnologia, abbiamo chiesto aiuto alla natura. Intorno a noi, vediamo esempi di specie biologiche che hanno sviluppato adattamenti che permetteno loro di prosperare in un dato ambiente. Per esempio, nella foresta pluviale cubana, ci sono rampicanti che hanno sviluppato foglie con una forma simile a quella delle parabole satellitari. Queste foglie guidano i pipistrelli verso i loro fiori amplificando il suono emesso dai pipistrelli, aumentando così l’impollinazione. Cosa accadrebbe se potessimo creare una versione artificiale dell’evoluzione che permettesse ai robot di evolversi come gli organismi biologici? 
Non sto parlando di biomimetismo, una tecnologia che semplicemente mima quanto osservato in natura. Quello che speriamo di sfruttare è la creatività dell’evoluzione, per scoprire modelli che non si vedono qui sulla Terra, a cui gli ingegneri non hanno pensato o che non sono in grado di concepire. In teoria, tale tecnologia di progettazione evolutiva potrebbe operare autonomamente in un luogo remoto. Ma potrebbe anche essere guidata dall’uomo. Come incrociamo le piante a favore di qualità quali il sapore o la resistenza alla siccità, allo stesso modo si potrebbe guidare un’evoluzione artificiale per produrre robot con qualità specifiche. Per esempio, la capacità di restringersi in un cunicolo o magari di lavorare risparmiando energia. 
Questa idea dell’evoluzione artificiale che imita l’evoluzione biologica usando un software per selezionare nel tempo soluzioni sempre più raffinate non è nuova. In realtà, l’evoluzione artificiale, algoritmi che operano in computer, sono stati usati per progettare di tutto, dai tavoli alle pale delle turbine. Nel 2016, la NASA ha lanciato in orbita un satellite con un’antenna di comunicazione che è stata progettata grazie all’evoluzione artificiale. 
Ma l’evoluzione di robot è decisamente più complicata dell’evoluzione di oggetti passivi come i tavoli, perché un robot ha bisogno di un cervello oltre che di un corpo per poter decodificare le informazioni che gli vengono fornite dall’ambiente e tradurle in comportamenti appropriati. Quindi, come possiamo fare? Sorprendentemente, l’evoluzione ha bisogno soltanto di tre fattori: una popolazione di individui che esibiscano delle varianti fisiche; un metodo di riproduzione in cui si possano ereditare alcuni tratti genitoriali e occasionalmente acquisirne di nuovi attraverso una mutazione; e, infine, un mezzo di selezione naturale. Possiamo replicare questi tre fattori per l’evoluzione dei robot usando un insieme di hardware e software. Il primo compito è quello di progettare una versione digitale del DNA, ossia un progetto digitale che descriva il cervello del robot, il suo corpo, i meccanismi sensoriali e i suoi mezzi di locomozione. Usando un insieme di questi progetti generato casualmente possiamo creare una popolazione iniziale di 10 o più robot per avviare il processo evolutivo. Abbiamo progettato una tecnologia che può prendere il progetto digitale e costruire un robot materiale senza l’aiuto di un essere umano. Per esempio, usa una stampante 3D per costruire lo scheletro del robot e dopo un braccio di assemblaggio automatico come quelli delle fabbriche per aggiungere parti elettroniche e movibili, incluso un piccolo computer che funziona come un cervello. Per rendere questo cervello capace di adattarsi al nuovo corpo del robot, spediamo ogni robot prodotto in una specie di asilo, un posto dove i neonati robot possano raffinare le loro abilità motorie. proprio come farebbe un bambino. Per mimare la selezione naturale, valutiamo questi robot nella loro abilità di svolgere dei compiti. Dopo utilizziamo questi punteggi per selezionare quali robot devono riprodursi. Il meccanismo di riproduzione unisce il DNA digitale dei robot scelti come genitori per creare un nuovo progetto di un robot figlio che eredita alcune caratteristiche dai suoi genitori ma, occasionalmente, riesce anche ad esibirne di nuove. Ripetendo il ciclo di selezione e riproduzione più e più volte, noi speriamo di produrre generazioni di robot successive in cui, proprio come si osserva nell’evoluzione biologica, ciascuna generazione sia migliore della precedente, con i robot che gradualmente ottimizzano la forma e il comportamento per i compiti dettati dall’ambiente in cui si trovano. 
Anche se questo processo può avvenire in un lasso di tempo molto più breve rispetto all’evoluzione biologica, la quale spesso richiede migliaia di anni, è comunque ancora lento rispetto all’intervallo di tempo atteso nel mondo moderno per progettare e costruire un manufatto. Ciò è dovuto principalmente alla stampa in 3D che può richiedere più di quattro ore per robot, in base alla complessità e alla forma del robot. Ma possiamo dare una mano al processo evolutivo artificiale per ridurre il numero dei robot materiali che dobbiamo effettivamente produrre. Creiamo una copia digitale di ciascuno dei robot prodotti in una simulazione al computer e permettiamo l’evoluzione di questa popolazione virtuale di robot. È molto probabile che questa simulazione non sia una corretta rappresentazione del mondo reale. Ma ha un vantaggio che permette ai prototipi di essere creati e testati in pochi secondi anziché in ore. Quindi, utilizzando una simulazione, possiamo esplorare in poco tempo il potenziale di una vasta gamma di robot che hanno forme e taglie diverse, con diverse configurazioni sensoriali, e possiamo stimare in poco tempo l’utilità di ciascun robot, prima della produzione vera e propria. E prevediamo che permettendo una nuova forma di incrocio in cui un robot materiale possa incrociarsi con un cugino virtuale, allora i tratti utili scoperti durante la simulazione si diffonderanno in poco tempo nella popolazione di robot materiali, dove possono essere ulteriormente migliorati in situ. 
Potrebbe sembrarvi fantascienza, ma è veramente una questione molto seria. Crediamo che la tecnologia che ho appena descritto sarà utile per progettare robot, per esempio, da far lavorare in situazioni dove è pericoloso inviare esseri umani, o per aiutarci a proseguire la ricerca e l’esplorazione di esopianeti, ma ci sono ragioni più pragmatiche per cui dovremmo studiare l’evoluzione artificiale. Poiché il cambiamento climatico accelera, è chiaro che dobbiamo ripensare il nostro approccio alla robotica sulla Terra al fine di ridurre l’impronta ecologica. Per esempio, creando nuovi robot costruiti con materiale sostenibili che funzionino con risparmio energetico che siano riparabili e riciclabili. È molto probabile che questa nuova generazione di robot non assomiglierà a nessuno dei robot che vediamo attualmente, ma proprio per questo l’evoluzione artificiale potrebbe aiutare, scoprendo nuovi progetti mediante processi che sono liberi dai vincoli che la nostra comprensione delle scienze ingegneristiche impone al processo di progettazione. 
Grazie. 
(Applausi) 
