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Rencontrez la tortue cybernétique, le prédécesseur de Roomba

En utilisant uniquement une cellule photoélectrique, un capteur tactile et deux lampes électroniques, la tortue robot a imité les mouvements d'animaux réels



Le neurophysiologue Gray Walter a assemblé cette tortue cybernétique pour expliquer les fonctions cérébrales.Dans l'

arbre généalogique des robots, les ancêtres de Roomba étaient probablement Elmer et Elsie, une paire de tortues cybernétiques inventée en 1940 par le neurophysiologiste Gray Walter . Les robots pouvaient «voir» grâce à une cellule photoélectrique rotative les dirigeant vers une source lumineuse. Si la lumière est devenue trop brillante, ils se sont retirés et ont commencé à explorer l'environnement dans une direction différente. En entrant en collision avec un obstacle, le capteur tactile a fait reculer les tortues et a changé de direction. Ainsi, Elmer et Elsie ont exploré leur environnement.

Walter a été l'un des premiers chercheurs en électroencéphalographie (EEG) - une technique pour lire l'activité électrique du cerveau à l'aide d'électrodes fixées au cuir chevelu. Parmi ses percées cliniques notables, il y a le premier diagnostic de tumeur cérébrale fait par EEG. En 1939, il rejoint le tout nouvel Institut neurologique. Fardeau à Bristol, en Angleterre, en tant que chef du Département de physiologie, et y a travaillé jusqu'à la fin de sa carrière.

Le cyber-mouvement Norbert Wiener fait naître tout un zoo de créatures cybernétiques


À la fin des années 40, Walter est tombé dans une communauté croissante de scientifiques intéressés par la cybernétique. Le fondateur de ce domaine, Norbert Wiener a défini la cybernétique comme «l'étude scientifique du contrôle et de l'interaction dans des systèmes tels que les animaux ou les machines». Dans la première vague de cybernétique, les gens ont cherché à assembler des machines qui simulent le comportement animal. Claude Shannon a été joué avec une souris robot nommée Thésée, capable de traverser des labyrinthes. William Ross Ashby a créé l' Homéostat , un appareil qui s'adapte aux signaux entrants afin de rester dans un état stable.

La contribution de Walter à ce zoo cybernétique était une tortue électromécanique, sur laquelle il a commencé à travailler au printemps 1948 pendant son temps libre. Les premiers échantillons n'étaient pas élégants. En 1951, U.J. Warren, surnommé The Bunny, un ingénieur électricien du Burden Institute, a assemblé six meilleures tortues pour Walter. Deux d'entre eux sont devenus Elmer et Elsie - Gray ont composé ces noms à partir d'acronymes maladroits: ELectro MEchanical Robots, Light Sensitive, with Internal and External stabil [robots électromécaniques photosensibles avec stabilité externe et interne].


Photo timelapse de 1950 - Walter fume pendant qu'une de ses tortues cybernétiques se promène dans le salon

Walter considérait Elmer et Elsie Adam et Eve comme une nouvelle espèce, Machina speculatrix [apprentissage des mécanismes]. La désignation scientifique reflète la nature d'étude ou de recherche des robots. Les créatures avaient un étui de protection lisse et un cou allongé, donc Walter les porta à la famille linnéenne Testudo, c'est-à-dire aux tortues. En élargissant le schéma de dénomination, il a nommé la souris Shannon, en passant par les labyrinthes, Machina labyrinthia et l'homéostat d'Ashby - Homestat Machina sopora (mécanisme de sommeil).

Les tortues cybernétiques de Gray Walter ont-elles fait preuve de libre arbitre?


Chaque tortue se déplaçait sur trois roues au moyen de deux moteurs, dont l'un était responsable du mouvement et le second de la direction. Le cerveau était composé de deux tubes électroniques qui, selon Walter, étaient l'équivalent de deux neurones fonctionnels.

Malgré l'équipement limité, selon ses déclarations, les tortues ont fait preuve de libre arbitre. Dans un numéro de mai 1950 de Scientific American, il a décrit comment une cellule photo-électrique à l'extrémité du cou d'une tortue balaye l'environnement pour trouver une source de lumière. La cellule photoélectrique était connectée à l'appareil à gouverner et pendant la recherche, la tortue s'est déplacée en rond. Walter a comparé cela au rythme alpha des impulsions électriques du cerveau, traversant les régions visuelles du cerveau et émettant en même temps des signaux vers les muscles qui les font bouger.

Dans la pièce sombre, la tortue errait sans but. Retrouvant la lumière, elle se dirigea directement vers sa source. Mais en dépassant une certaine luminosité, elle se retira. Avec deux sources, elle s'installe ici et là entre elles. "Comme un papillon de nuit cherchant une flamme", a écrit Walter à propos d'une tortue qui change de comportement entre chercher et se retirer de la lumière.

La tortue avait son propre feu de navigation, qui s'allumait lors de la recherche d'une source de lumière. Au départ, il suffisait de dire aux observateurs quelle équipe le robot était en train de traiter, mais cela a eu des conséquences inattendues. Si Elmer se remarquait dans le miroir, il commencerait à s'approcher de l'image jusqu'à ce que la lumière devienne trop brillante, puis il reculait. Dans un livre de 1953, The Living Brain, Walter l'a comparé à une "jonquille maladroite".

Si Elmer et Elsie étaient dans la même pièce et ont vu la lumière de l'autre, ils ont commencé à se déplacer vers la source, et se sont approchés, puis se sont détournés sur le côté lorsqu'ils se sont approchés trop près. Walter, qui décrivait facilement le comportement des machines en termes biologiques, l'appelait une danse nuptiale dans laquelle les amants malheureux ne pouvaient jamais "réaliser leurs" désirs ".



La carapace de tortue était nécessaire non seulement pour protéger ses intérieurs électromécaniques. Si le robot est entré en collision avec un obstacle, le capteur de pression l'a forcé à activer la marche arrière et à changer de direction. Ainsi, le robot pouvait étudier son environnement, étant en fait aveugle.

M. speculatrix était alimenté par une batterie pour une aide auditive et une batterie 6 V. Finissant ses aventures à cause d'une batterie affaissée, elle est allée dans son trou. Là, elle pouvait se connecter aux contacts, éteindre les moteurs et se recharger.

Elmer et Elsie ont fait sensation au festival britannique de 1951


À l'été 1951, Elmer et Elsie se produisent quotidiennement à la foire scientifique du festival britannique de 1951. Le festival a eu lieu à plusieurs endroits au Royaume-Uni et a attiré des millions de visiteurs. Les tortues ont acquis une immense popularité. Les visiteurs ont observé leurs actions curieuses alors qu'ils se déplaçaient autour de leur corral, se rapprochant et s'éloignant des sources de lumière, évitant les obstacles sur leur chemin. Une troisième tortue avec une carapace transparente a été exposée dans une vitrine pour montrer sa structure interne et faire la publicité des composants.

Alors que M. speculatrix a surpris le public, Walter a étudié la prochaine génération de cette espèce. Elmer et Elsie ont démontré avec succès un comportement imprévisible qui pouvait être comparé à la réponse la plus simple des animaux aux stimuli, mais ils n'étaient pas formés à l'expérience. Ils n'avaient pas de mémoire, ils ne pouvaient pas s'adapter à l'environnement.

Walter a appelé M. docilis sa prochaine tortue expérimentale, ce qui signifie "formé" en latin, et a essayé de créer un robot qui pourrait imiter les réflexes conditionnés des animaux selon Pavlov. Un psychologue russe a utilisé des chiens, de la nourriture et des sons; Walter a utilisé des tortues cybernétiques, une lumière et un sifflet. Il a entraîné ses tortues M. docilis à percevoir le son d'un sifflet de la même manière que la lumière, et la tortue a commencé à se déplacer vers le son même en l'absence de lumière.

Walter a publié ses conclusions sur M. docilis dans un autre article pour Scientific American, Learning Machine . Le deuxième article avait beaucoup de choses intéressantes pour les ingénieurs électriciens, en particulier, des schémas de circuits et une discussion technique des problèmes qui se posent lors de la création de robots, par exemple, l'amplification du sifflement, nécessaire en raison du bruit des moteurs.


Une des tortues revient dans le trou pour recharger les batteries

Le cerveau de M. docilis était le schéma CORA (COnditioned Reflex Analog, «un analogue des réflexes conditionnés»), qui reconnaissait l'arrivée répétée de signaux simultanés sur différents canaux - par exemple, la lumière et le son reconnus simultanément. Après avoir fixé un certain nombre de répétitions, de 10 à 20 pièces, CORA a établi des liens avec le comportement résultant, que Walter a décrit comme un réflexe conditionné. CORA pourrait à la fois apprendre le comportement et l'oublier. Si l'opérateur taquinait la tortue sans allumer la lumière en même temps que le son, CORA supprimait le lien établi entre les événements.

À la fin de l'article, Walter a admis que, bien qu'il soit réaliste de mener de futures expériences avec un grand nombre de circuits et de signaux d'entrée, le coût des complications serait une diminution de la stabilité. En conséquence, les scientifiques ont réalisé que simuler le comportement et comprendre les réactions à plusieurs stimuli est une tâche trop compliquée.

Après la création de CORA, Walter a cessé d'expérimenter avec les tortues robotiques et personne n'a commencé à poursuivre ses recherches. Comme l'a noté l'historien Andrew Pickering dans son livre Cybernetic Brain de 2009, «CORA reste une ressource inexplorée dans l'histoire de la cybernétique».

L'héritage de Walter est vivant dans ses tortues. Ruben Hogget a rassemblé une précieuse collection d'informations d'archives sur les tortues de Walter, qui peuvent être trouvées sur son site Web Cybernetics Zoo ."Trois tortues du festival britannique ont été vendues aux enchères, et leur nouveau propriétaire, Wes Clutterbuck, leur a donné les noms de Slo, Mo et Shan. Deux tortues ont ensuite été détruites par le feu, mais celle qui avait une carapace transparente, la famille Clutterback a fait un don à la Smithsonian Institution. survivant à ce jour, les six premières tortues créées par Warren’s Hare se trouvent au Science Museum de Londres et sont maintenant exposées à la galerie Creation of the Modern World.

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