مساعدة الذكاء الاصطناعي لمايكرو روبوتات تعلم السباحة والتنقل

استخدم فريق من الباحثين من جامعة سانتا كلارا ونيوجيرسي معهد التكنولوجيا وجامعة هونغ كونغ بنجاح التعلم التعزيزي العميق لتعليم مايكرو روبوتات كيفية السباحة. هذا التطور الجديد هو خطوة كبيرة نحو الأمام في قدرات المايكرو سباحة.

لقد ركز الخبراء باستمرار على إنشاء ميكرو سباحين اصطناعيين يمكنهم التنقل بشكل مشابه للميكرو سباحين الطبيعية ، مثل البكتيريا. يمكن استخدام هذه الميكرو سباحين في مجموعة متنوعة من التطبيقات البيولوجية في المستقبل ، مثل تسليم الأدوية المستهدفة والجراحة الدقيقة. حتى مع التركيز على التطوير ، يمكن لمعظم الميكرو سباحين الاصطناعية اليوم أداء مناورات بسيطة مع مشية محددة.

نشرت الدراسة الجديدة في فيزياء الاتصالات.

تعليم الميكرو سباحين بالذكاء الاصطناعي

في الدراسة ، استنتج الفريق أن الذكاء الاصطناعي يمكن أن يتعلم الميكرو سباحين التكيف مع الظروف المتغيرة. الميكرو سباحين ، بشكل مشابه للبشر ، يتطلبون تعلم تعزيزي وتنبيه لتعلم السباحة ، ولكن لديهم مجموعة فريدة من التحديات.

أون شون باك هو أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية في جامعة سانتا كلارا.

“السباحة في النطاق المايكروي بنفسها هي مهمة صعبة” ، قال أون شون باك. “عندما تريد أن يؤدي ميكرو سباح مناورات أكثر تعقيدا ، يمكن أن تصبح تصميم مشية محددة بسرعة غير قابلة للتعامل.”

دمج الشبكات العصبية الاصطناعية والتعلم التعزيزي

دمج الفريق الشبكات العصبية الاصطناعية والتعلم التعزيزي بنجاح لتعليم ميكرو سباح بسيط السباحة والتنقل تجاه اتجاه عشوائي. يتلقى الميكرو سباح ملاحظات حول أفعال معينة ، والتي يستخدمها بعد ذلك لتعلم السباحة تدريجيا بناء على تجربته في التفاعل مع البيئة.

آلان تسانغ هو أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية في جامعة هونغ كونغ.

“مثل الإنسان الذي يتعلم السباحة ، يتعلم الميكرو سباح كيفية تحريك ‘أجزاء الجسم’ – في هذه الحالة ثلاثة جزيئات وروابط قابلة للتوسيع – لتحفيز نفسه وتغيير الاتجاه” ، قال تسانغ. “يفعل ذلك بدون الاعتماد على المعرفة البشرية ولكن فقط على خوارزمية التعلم الآلي.”

يمكن لمايكرو سباح ذو طاقة الذكاء الاصطناعي التبديل بين مشيات محددة مختلفة بشكل ديناميكي ، مما يسمح له بالتنقل تجاه أي موقع هدف بنفسه.

أثبت الباحثون قوة الميكرو سباح من خلال تمكينه من اتباع مسار معقد بدون برمجة صريحة.

يوان-نان يونغ هو أستاذ في العلوم الرياضية في معهد نيوجيرسي للتكنولوجيا.

“هذا هو خط我们的 الأول في مواجهة تحدي تطوير ميكرو سباحين يمكنهم التكيف مثل الخلايا البيولوجية في التنقل في بيئات معقدة بشكل مستقل” ، قال يونغ.

السلوكيات التكيفية مثل هذه هي ما يحمل وعدا كبيرا للتطبيقات البيولوجية.

آرنولد ماثيجسن هو خبير في الروبوتات الدقيقة والفيزياء الحيوية في جامعة بنسيلفانيا. لم يشارك في البحث.

“هذا العمل هو مثال رئيسي على كيف يمكن استغلال التطور السريع للذكاء الاصطناعي لمواجهة التحديات غير المحلولة في مشاكل الحركة في الديناميكا الهيدروليكية” ، قال ماثيجسن. “التكامل بين التعلم الآلي والميكرو سباحين في هذا العمل سوف يثير اتصالات أخرى بين هذه المناطق البحثية النشطة للغاية.”