Rozważanie teoretyczne: od panelu fotowoltaicznego do drugiego komputera

Zabawmy się. Nie w sensie żartu, tylko w sensie zabawy myślowej, z której czasem wychodzi coś poważnego.

Pytanie brzmi tak: dajemy systemowi AI minimalny zestaw zasobów. Komputer, panel fotowoltaiczny, akumulator, kamerę, prostą platformę jezdną, kilka narzędzi. I nic więcej. Czy od tego momentu system jest w stanie sam zwiększać własne możliwości, krok po kroku, aż wyprodukuje kolejną platformę obliczeniową?

Zastrzeżenie od razu na wejściu: nikt tego nie zbudował, ja też nie. To rozważanie na papierze. Ale papier też ma swoją wartość, bo pozwala sprawdzić, czy w całym łańcuchu nie siedzi gdzieś ukryty krok niemożliwy, którego system nie przeskoczy bez pomocy z zewnątrz. Takie rzeczy widać dopiero wtedy, gdy ktoś rozpisze łańcuch do końca i uczciwie policzy energię.

Więc rozpiszmy. Jak taki łańcuch miałby wyglądać, gdzie się rwie, i co dałoby się zbudować najpierw, żeby w ogóle sprawdzić, czy pomysł trzyma się kupy. A kto wie, może któryś z czytelników się skusi i sprawdzi to w praktyce. Wtedy chętnie przeczytam, co z tego wyszło.

1. Nie fabryka, tylko drzewo zależności

Najczęstszy błąd w myśleniu o tym problemie polega na wyobrażaniu sobie robota, który „buduje fabrykę”. To złe ujęcie. Lepiej traktować rzecz jako bootstrapowanie infrastruktury: system startuje z małym zestawem zasobów, a każda rzecz, którą wytworzy, zwiększa jego zdolność do wytworzenia następnej.

Definicja systemu nie brzmi wtedy „AI, które potrafi zrobić wszystko”, tylko:

AI, które na każdym etapie potrafi wytworzyć przynajmniej jeden zasób zwiększający jego zdolność do wykonania następnego etapu.

Kanoniczna postać łańcucha wygląda mniej więcej tak:

energia → mechanizm → narzędzie → maszyna → obróbka materiałów → metalurgia → więcej energii → precyzja → elektronika → obliczenia → lepsze projektowanie → lepsza maszyna

Wewnątrz siedzi pętla, która napędza całość: lepsze narzędzie pozwala zbudować lepszą maszynę, lepsza maszyna pozwala zrobić lepsze narzędzie. To nie jest nowa idea. David Gingery opisał jej wersję w serii Build Your Own Metal Working Shop From Scrap, gdzie z pieca na węgiel drzewny i złomu aluminiowego dochodzi się do tokarki i frezarki. Open Source Ecology i RepRap próbowały tego samego z udziałem ludzi, a NASA w raporcie Advanced Automation for Space Missions (1980) policzyła ten problem dla samoreplikującej się fabryki księżycowej.

Nowe jest tylko jedno: zamiast człowieka w środku pętli stoi model, który projektuje, wykonuje, mierzy wynik i poprawia projekt.

2. Trzy miejsca, w których łańcuch się rwie

Sam schemat jest poprawny. Problem w tym, że kolejne szczeble nie są równo oddalone. Trzy z nich to nie stopnie, tylko przepaście.

Krzem

Przejście „precyzyjna obróbka → elektronika → własny komputer” wygląda w schemacie jak następny punkt listy. W rzeczywistości to kilka rzędów wielkości skoku. Układ scalony wymaga krzemu o czystości rzędu 9N, monokryształu (proces Czochralskiego), fotolitografii, ultraczystej wody, kilkunastu ultraczystych odczynników, próżni i pomieszczenia czystego. Sam Zeloof pokazał, że w domowym warsztacie da się zrobić działające układy rzędu tysiąca tranzystorów, ale wafle, fotorezyst, kwas fluorowodorowy, pompy próżniowe i mikroskop elektronowy kupił z zewnątrz. Domknięcia tam nie było i nie było blisko.

Istnieje droga obejściowa: komputer przekaźnikowy albo lampowy jest osiągalny przy metalurgii XIX-wiecznej plus dmuchanie szkła. Tyle że na takiej maszynie nie uruchomisz modelu, który był mózgiem całej operacji.

Pętla nie domyka się dokładnie tam, gdzie miała być najważniejsza. System potrafiłby odtworzyć swoje ciało, nie potrafi odtworzyć swojej głowy.

Energia

Instalacja 400 W w Polsce daje latem około 1,5–2 kWh dziennie, w grudniu 0,2–0,4 kWh. Przetopienie kilograma aluminium ze złomu w piecu tyglowym to realnie 3–5 kWh razem ze stratami. Czyli dzień ładowania na jeden wytop. Aluminium z rudy metodą Halla-Héroulta kosztuje 13–15 kWh/kg plus kriolit i anody węglowe; stal z rudy jeszcze więcej.

Ze złomem da się coś zrobić. Ale skala energetyczna typowego zestawu garażowego jest o dwa rzędy wielkości za mała na cokolwiek hutniczego, a to oznacza, że „metalurgia” w łańcuchu nie jest krokiem czwartym, tylko osobnym projektem.

Ręce

Schemat milcząco zakłada, że trudna jest część poznawcza — planowanie, projektowanie — a fizyczna jest łatwa. Jest odwrotnie. To paradoks Moraveca w czystej postaci. Ramię z serwami za tysiąc złotych ma udźwig rzędu 200 g i powtarzalność liczoną w centymetrach; żeby cokolwiek złożyć, potrzeba dziesiątych części milimetra. Manipulacja w nieuporządkowanym otoczeniu pozostaje otwartym problemem badawczym i nie rozwiąże jej lepszy prompt.

3. Przeformułowanie celu: mierzalny stopień domknięcia

Skoro pełne domknięcie jest poza zasięgiem, cel trzeba postawić inaczej: nie „czy system się zreplikuje”, tylko jaka część systemu jest wytwarzana przez sam system.

Proponowana metryka: udział masy, wartości i funkcji urządzenia pochodzący z własnej produkcji. RepRap drukuje mniej więcej 30–40% własnej masy i nigdy tego progu nie przekroczył, bo silniki, elektronika, pręty i grzałki są poza zasięgiem drukarki. To jest uczciwy punkt odniesienia i zarazem konkretny wynik do pobicia.

Metryka daje projektowi coś, czego schemat z dziesięcioma poziomami nie daje: w pół roku wiadomo, czy projekt posunął się do przodu, zamiast filozofowania o poziomie dziesiątym.

4. Proponowane narzędzie: komórka projekt–wykonanie–pomiar

Zamiast budować autonomiczną fabrykę, buduje się najmniejszy układ, który zamyka właściwą pętlę.

Skład: model AI, drukarka FDM, kamera, przyrząd pomiarowy (suwmiarka cyfrowa albo prosty stand testowy), materiał.

Zadanie: zaprojektuj element o zadanej funkcji, wydrukuj go, zmierz, porównaj z założeniem, popraw projekt, powtórz. Bez człowieka w pętli.

To jest cały eksperyment. Kosztuje ułamek pełnego zestawu, a zamyka dokładnie ten obieg, o który chodzi w całej koncepcji:

projektuje → wykonuje → mierzy → wyciąga wniosek → poprawia → wykonuje ponownie

Co ważniejsze, od razu pokaże, gdzie system naprawdę się wykłada. Z doświadczenia z podobnymi układami: nie na projektowaniu, tylko na percepcji wyniku i na ocenie, czy w ogóle się udało. Model, który nie potrafi rzetelnie stwierdzić, że wydruk wyszedł krzywo, nie będzie się uczył — będzie generował kolejne wersje bez sprzężenia zwrotnego.

Dopiero gdy ta komórka działa, ma sens dokładanie platformy jezdnej, ramienia, obróbki materiałów i własnego zasilania.

5. Architektura: warstwy, nie bezpośrednia kontrola

Model nie powinien sterować sprzętem bezpośrednio. Warstwy wyglądają tak:

AI
 ↓
planowanie
 ↓
symulacja / sprawdzenie ograniczeń
 ↓
sterownik czasu rzeczywistego
 ↓
maszyna
 ↓
świat fizyczny

AI proponuje działanie, warstwa niżej sprawdza je w symulacji albo wobec twardych ograniczeń, i dopiero potem coś się rusza. Dzięki temu pierwszy błąd modelu nie niszczy sprzętu.

Model dostaje ograniczony zestaw narzędzi zamiast dostępu do wszystkiego: odczyt kamery, odczyt temperatury i napięcia, ruch, pomiar, zapis doświadczenia, uruchomienie symulacji. Nie „steruje robotem” w żadnym magicznym sensie. Wywołuje funkcje.

Osobno, na tym samym poziomie ważności co warstwa wykonawcza, stoi pamięć eksperymentów: co próbowałem, co założyłem, co wyszło, o ile się pomyliłem. Bez tego nie ma uczenia się, jest tylko powtarzanie.

6. Co znaczy, że taki system „zaczyna żyć”

Pojęcie trzeba sprowadzić do kryteriów, które da się sfalsyfikować. Proponuję trzy progi.

Próg 1. Autonomiczny cykl. System wykonuje pełną pętlę projekt–wykonanie–pomiar–korekta bez ingerencji człowieka, wielokrotnie, i kolejne wersje są mierzalnie lepsze od poprzednich według kryterium zdefiniowanego przed startem.

Próg 2. Wytwarzanie narzędzi. Zadanie zmienia się z „wykonaj czynność” na „zbuduj narzędzie, które pozwoli Ci lepiej wykonywać czynności”. Moment, w którym system przestaje używać narzędzi i zaczyna je produkować, jest pierwszym prawdziwym przełomem w całym łańcuchu.

Próg 3. Wzrost domknięcia. Udział własnej produkcji w masie i funkcjach systemu rośnie w czasie. Nawet z 5% do 12% to wynik; brak wzrostu przez rok to odpowiedź, że coś w koncepcji nie działa.

Dopiero po tych progach ma sens rozmowa o zmianie wag modelu przez sam system. Kolejność jest odwrotna niż intuicja podpowiada: najpierw fizyczne uczenie się przez eksperyment i pamięć, potem doświadczenie jako dane treningowe, nowa wersja modelu, test, wdrożenie. Kto zaczyna od samomodyfikacji wag, dostanie system, który zmienia sam siebie bez żadnego sprzężenia ze światem.

7. Bezpieczeństwo

Piec, ciekły metal, ogniwa litowe i maszyna, która sama się porusza trzymając narzędzie, to realne ryzyko pożaru i obrażeń. Dwie rzeczy nie podlegają negocjacji:

• e-stop sprzętowy, przerywający zasilanie siłowe fizycznie, nie programowo,
• żadnej pracy bez nadzoru w pobliżu źródeł ciepła.

8. Otwarte pytanie

Zostaje jedno pytanie, na które ten projekt w obecnej postaci nie odpowiada: czy istnieje jakakolwiek droga od garażowej metalurgii do układu scalonego zdolnego uruchomić model, który tę metalurgię prowadził. Póki takiej drogi nie ma, mówimy o systemie, który potrafi rozbudowywać swoje ciało, korzystając z głowy wyprodukowanej gdzie indziej.

To nadal ciekawy system. Po prostu nie ten, o którym się zwykle opowiada.

Pierwszy krok jest za to całkiem konkretny: drukarka, kamera, przyrząd pomiarowy, pętla bez człowieka i zdefiniowana metryka. Reszta jest sprawdzalna dopiero potem, i to już nie na papierze.