يساعد الذكاء الاصطناعي الروبوتات الصغيرة على تعلم السباحة والتنقل

نجح فريق من الباحثين من جامعة سانتا كلارا ومعهد نيوجيرسي للتكنولوجيا وجامعة هونغ كونغ في استخدام التعلم المعزز العميق لتعليم الروبوتات الصغيرة كيفية السباحة. يعد التطوير الجديد خطوة كبيرة إلى الأمام في قدرات السباحة الصغيرة.

ركز الخبراء باستمرار على إنشاء سباحين مجهريين اصطناعيين يمكنهم التنقل بشكل مشابه للكائنات الحية الدقيقة المسببة للسباحة ، مثل البكتيريا. يمكن استخدام هذه السباحات الدقيقة في مجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية الحيوية في المستقبل ، مثل توصيل الأدوية والجراحة الدقيقة. حتى مع التركيز على التطوير ، فإن معظم السباحات الدقيقة الاصطناعية اليوم يمكنها فقط إجراء مناورات بسيطة باستخدام مشي ثابت الحركة.

تم نشر الدراسة الجديدة في فيزياء الاتصالات.

تعليم السباحين الصغار باستخدام الذكاء الاصطناعي

في الدراسة ، توصل الفريق إلى أن الذكاء الاصطناعي يمكنه تعليم السباحين الصغار التكيف مع الظروف المتغيرة. تتطلب السباحات الدقيقة ، على غرار البشر ، التعلم المعزز والتغذية الراجعة لتعلم السباحة ، لكن لديهم مجموعة فريدة من التحديات.

أون شون باك أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية بجامعة سانتا كلارا.

قال أون شون باك: "تعد القدرة على السباحة على نطاق صغير بحد ذاتها مهمة صعبة". "عندما تريد أن يقوم السباح الدقيق بمناورات أكثر تعقيدًا ، يمكن أن يصبح تصميم مشياتهم الحركية سريعًا صعبًا."

الجمع بين الشبكات العصبية الاصطناعية والتعلم المعزز

قام الفريق بدمج الشبكات العصبية الاصطناعية (ANNs) والتعلم المعزز لتعليم سباح صغير بسيط كيفية السباحة والتنقل نحو اتجاه عشوائي بنجاح. يتلقى السباح الصغير تعليقات حول أفعاله المحددة، والتي يستخدمها بعد ذلك ليتعلم تدريجيًا كيفية السباحة بناءً على خبرته في التفاعل مع البيئة.

آلان تسانغ أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية بجامعة هونغ كونغ.

وقال تسانغ: "على غرار الإنسان الذي يتعلم كيفية السباحة، يتعلم السباح الصغير كيفية تحريك "أجزاء الجسم" - في هذه الحالة ثلاثة جسيمات دقيقة وروابط قابلة للتوسيع - للدفع الذاتي والدوران". "إنها تفعل ذلك دون الاعتماد على المعرفة البشرية، ولكن فقط على خوارزمية التعلم الآلي."

يمكن للسباح الذي يعمل بالذكاء الاصطناعي التبديل بين المشيات الحركية المختلفة بشكل تكيفي ، مما يمكّنه من التنقل نحو أي موقع مستهدف بمفرده.

أظهر الباحثون قوة السباحات الدقيقة من خلال تمكينها من اتباع مسار معقد دون أن تكون مبرمجة بشكل صريح.

يوان نان يونغ أستاذ العلوم الرياضية في معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا.

قال يوان نان يونج: "هذه هي خطوتنا الأولى في مواجهة التحدي المتمثل في تطوير السباحات الدقيقة التي يمكنها التكيف مثل الخلايا البيولوجية في التنقل في البيئات المعقدة بشكل مستقل".

إن السلوكيات التكيفية مثل هذه هي ما يبشر بالكثير لتطبيقات الطب الحيوي.

أرنولد ماثيسين خبير في الروبوتات الدقيقة والفيزياء الحيوية بجامعة بنسلفانيا. لم يشارك في البحث.

قال ماثيسين: "هذا العمل هو مثال رئيسي على كيفية استغلال التطور السريع للذكاء الاصطناعي لمعالجة التحديات التي لم يتم حلها في مشاكل الحركة في ديناميكيات الموائع". "التكامل بين التعلم الآلي والسباحين الصغار في هذا العمل سيؤدي إلى مزيد من الروابط بين هذين المجالين البحثيين النشطين للغاية."