La IA utilitza l'aprenentatge de reforç per navegar pels oceans

Els enginyers de Caltech, ETH Zurich i Harvard estan treballant en una intel·ligència artificial (IA) que pot permetre als drons autònoms utilitzar els corrents oceànics per ajudar-los a navegar. Amb aquest enfocament, els drons no han de lluitar contra els corrents.

La investigació va ser publicada a Nature Communications el desembre 8.

John O. Dabiri és el professor centenari d'Aeronàutica i Enginyeria Mecànica i un dels autors de la investigació. 

"Quan volem que els robots explorin l'oceà profund, especialment en eixams, és gairebé impossible controlar-los amb un joystick des de 20,000 peus de distància a la superfície. Tampoc els podem donar dades sobre els corrents oceànics locals que necessiten per navegar perquè no els podem detectar des de la superfície. En canvi, en un moment determinat necessitem drons transportats per l'oceà per poder prendre decisions sobre com moure's per ells mateixos", diu Dabiri.

Prova la IA

Els enginyers van provar la precisió de l'IA amb simulacions per ordinador i l'equip va desenvolupar un petit robot que executa l'algorisme en un xip d'ordinador, que podria alimentar drons marítims a la Terra i altres planetes. Finalment, podrien desenvolupar un sistema autònom que controlés l'estat dels oceans del planeta, i ho faria combinant-lo amb pròtesis desenvolupades prèviament per ajudar les meduses a nedar sota comanda. 

Perquè aquest enfocament funcioni, els drons han de prendre decisions per si mateixos sobre on anar i com arribar-hi. Probablement hauran de confiar en les dades que recullen ells mateixos, que serien en forma d'informació sobre els corrents d'aigua que estan experimentant.

Els investigadors van utilitzar xarxes d'aprenentatge de reforç per solucionar-ho i van escriure programari que es pot executar en un microcontrolador petit. 

L'equip va poder utilitzar una simulació per ordinador per ensenyar a la IA a navegar. El nedador simulat només tenia accés a informació sobre els corrents d'aigua a la seva ubicació immediata, però va poder aprendre ràpidament a explotar els vòrtexs a l'aigua per costar cap a un objectiu. 

Aquest tipus d'ingenuïtat és comú entre les àguiles i els falcons, que munten tèrmiques a l'aire mentre extreuen energia dels corrents d'aire per maniobrar. Això els permet avançar cap a un objectiu alhora que estalvien energia. 

Estratègies de navegació efectives

Segons l'equip, el seu algorisme d'aprenentatge de reforç també podria aprendre estratègies de navegació més efectives que les que utilitzen els peixos a l'oceà.

"Al principi només esperàvem que la intel·ligència artificial pogués competir amb les estratègies de navegació que ja es troben en animals nedadors reals, així que ens va sorprendre veure que aprèn mètodes encara més efectius aprofitant proves repetides a l'ordinador", diu Dabiri.

Els investigadors buscaran ara provar l'IA en cada tipus diferent de pertorbació del flux que trobaria a l'oceà. Ho aconseguiran combinant els seus coneixements sobre la física dels fluxos oceànics amb l'estratègia d'aprenentatge de reforç.

Peter Gunnarson és un estudiant graduat a Caltech i autor principal del document.

"El robot no només estarà aprenent, sinó que també aprendrem sobre els corrents oceànics i com navegar per ells", diu Gunnarson.