受自然界进化设计的启发，进化算法驱动的机器人自动化设计已探索二十年，但效率始终不尽人意。如今，一项突破性技术让AI从一块肥皂状物质出发，仅用26秒便设计出成功步行的机器人，彻底颠覆了传统设计模式。长期以来，机器人设计因其复杂的物理结构、感官与运动布局之间的相互依存关系而备受挑战。人类设计师需耗费数月甚至数年，通过反复构思、原型制作和测试，才能最终确定每个细节。而此前采用进化算法的尝试，虽然旨在实现自动化设计，却因模拟环境与实际制造之间的巨大差异，导致效率低下——在模拟中设计机器人并确保其制造后能实现预期行为，往往需要数天的超级计算时间。
西北大学研究人员领导的研究团队，成功开发出首个能够从头开始设计机器人的AI系统，相关成果于10月3日发表于《美国国家科学院院刊》。值得注意的是，这一AI系统仅需普通笔记本电脑即可运行，整个设计过程仅需26秒，且无需任何人类提供设计线索。正如西北大学计算机科学、化学和生物工程以及机械工程助理教授Sam Kriegman所言：”我们发现了一种极快的AI驱动设计算法，它绕过了进化历史的漫漫长路，也摆脱了人类设计师的固有偏见。”简单指令”设计一个能在陆地上行走的机器人”后，AI在眨眼间便诞生了一个全新的机器人结构，其外观与地球上任何已知生物都截然不同。Kriegman将这一过程称为”即时进化”。
研究人员最初仅向AI提供简单提示：设计一个能在平面上行走的机器人。尽管自然界耗费数十亿年才进化出首个行走物种，新算法却将这一漫长过程压缩至26秒，成功设计出能稳定行走的机器人。其设计速度不仅惊人，更能在个人电脑上运行，实现全新结构的从头设计，这与依赖超级计算机和海量数据集的其他AI系统形成鲜明对比。后者往往局限于模仿人类既有作品，无法产生真正创新的想法。
AI的设计过程始于一块约肥皂大小的块状物质。起初，这团物质只能摇晃，完全无法行走。AI迅速迭代设计，每次评估设计效果，通过修剪优化机器人结构。最终，机器人能在原地弹跳，继而向前跳跃和移动。经过九次尝试，AI设计的机器人实现了每秒行进半身长距离，约为人步行速度的一半。从无法行动的块状物到成功行走的机器人，整个设计过程在笔记本电脑上仅用26秒。
为验证机器人能否在现实中工作，Kriegman团队根据设计蓝图3D打印模具，填充液态硅胶，数小时后取出固化硅胶，制成既柔软又有弹性的机器人。充气后，三条腿随之鼓起，放气时又收缩。通过不断泵送空气，三条腿反复膨胀收缩，机器人最终缓慢而稳定地行走了起来。这一突破性成果由Sam Kriegman实验室的科学家David Matthews主导，他与Kriegman及Andrew Spielberg、Daniela Rus（麻省理工学院）、Josh Bongard（佛蒙特大学）等合著者合作数年才得以实现。2020年，Kriegman因开发异种机器人（xenobots）——首个完全由生物细胞制成的活机器人而广受关注。如今，新AI被视为探索人工生命潜力的关键一步。
这个机器人虽小、软、畸形且由无机材料制成，但Kriegman认为，这标志着人工智能设计工具新时代的开启，这些工具能像动物一样直接作用于现实世界。”当人们看到这个机器人时，他们可能会认为它只是个无用的小工具，”Kriegman说，”但我看到的却是全新生命的诞生。”随着AI实时生成越来越完善的机器人身体，任何人都能见证动态中的进化过程。过去需要在超级计算机上耗时数周的试错，而任何动物在奔跑、游泳或飞行前都经历了数十亿年的试错——因为进化无法预见未来，无法判断某个突变是有益还是有害。新算法则巧妙地避开了这一障碍，将数十亿年进化历程压缩至瞬间。
令人惊讶的是，AI独立想出了与自然界相同的行走解决方案——腿。但与自然界绝对对称的设计不同，AI设计的机器人拥有三条腿、背部鳍状结构、扁平脸庞和布满孔洞的表面。”有趣的是，我们从未告诉AI机器人应该有腿，”Kriegman说，”它重新发现了腿是陆地行走的最佳方式。事实上，腿部运动是最有效的地面运动形式。”虽然进化出腿有其合理性，但这些孔洞的设计却颇为奇特，AI似乎随机打孔。Kriegman推测孔隙率可能有助于减轻重量和增加灵活性，使机器人能弯曲双腿行走。”我们确实不知道这些孔的作用，但知道它们至关重要，”他说，”因为移除这些孔后，机器人要么无法行走，要么步态变得异常笨拙。”
总体而言，Kriegman对机器人设计充满惊喜与着迷，指出人类设计的机器人大多模仿人类或动物形态。”人类设计机器人时，往往倾向于创造熟悉的形象，”他说，”但AI能开拓人类未曾考虑的新可能性和进化路径，帮助我们以全新视角思考，从而解决最棘手的问题。”尽管首个AI设计的机器人步履蹒跚，Kriegman设想了一个由AI主导设计的未来：机器人能在废墟中搜寻被困者，穿越下水道修复设施，甚至设计进入人体的纳米机器人，疏通动脉、诊断疾病或摧毁癌细胞。”唯一阻碍我们利用这些新工具和疗法的，”他说，”是人类不知道如何设计它们。幸运的是，AI已经有了自己的答案。”