Umělá inteligence pomáhá mikrorobotům naučit se plavat a navigovat

Tým výzkumníků z univerzity Santa Clara, New Jersey Institute of Technology a University of Hong Kong úspěšně použil učení hlubokého posílení k výuce mikrorobotů, jak plavat. Nový vývoj je velkým krokem vpřed ve schopnostech mikroplavání.

Odborníci se neustále zaměřují na vytváření umělých mikroplavců, kteří se mohou pohybovat podobně jako přirozeně se vyskytující plavecké mikroorganismy, jako jsou bakterie. Tyto mikroplavky by mohly být v budoucnu použity pro různé biomedicínské aplikace, jako je cílené podávání léků a mikrochirurgie. I se zaměřením na vývoj může většina dnešních umělých mikroplavců provádět pouze jednoduché manévry s pevnými pohybovými chody.

Nová studie byla zveřejněna v Komunikační fyzika.

Výuka mikroplavců s AI

Ve studii tým usoudil, že umělá inteligence by mohla naučit mikroplavce přizpůsobit se měnícím se podmínkám. Mikroplavci, podobně jako lidé, vyžadují posílení učení a zpětnou vazbu, aby se naučili plavat, ale mají jedinečný soubor výzev.

On Shun Pak je docentem strojního inženýrství na Santa Clara University.

„Umět plavat na mikroúrovni je sám o sobě náročný úkol,“ řekl On Shun Pak. "Když chcete, aby mikroplavec prováděl sofistikovanější manévry, může se design jeho pohybových pohybů rychle stát neovladatelný."

Kombinace ANN a posilovacího učení

Tým kombinoval umělé neuronové sítě (ANN) a posilovací učení, aby úspěšně naučil jednoduchého mikroplavce plavat a navigovat libovolným směrem. Mikroplavec dostává zpětnou vazbu o svých konkrétních činnostech, které pak využívá k postupnému učení plavání na základě svých zkušeností s interakcí s prostředím.

Alan Tsang je odborný asistent strojního inženýrství na University of Hong Kong.

"Podobně jako člověk, který se učí plavat, se mikroplavec učí, jak pohybovat svými "části těla" - v tomto případě třemi mikročásticemi a roztažitelnými články - k vlastnímu pohonu a otáčení, " řekl Tsang. "Dělá to, aniž by se spoléhalo na lidské znalosti, ale pouze na algoritmus strojového učení."

Plavec poháněný umělou inteligencí může adaptivně přepínat mezi různými pohybovými pohyby, což mu umožňuje samostatně navigovat k libovolnému cílovému místu.

Vědci prokázali sílu mikroplavce tím, že mu umožnili sledovat složitou cestu, aniž by byl výslovně naprogramován.

Yuan-nan Young je profesorem matematických věd na Technologickém institutu v New Jersey.

„Toto je náš první krok k řešení problému vývoje mikroplavců, kteří se dokážou přizpůsobit jako biologické buňky v navigaci složitým prostředím autonomně,“ řekl Yuan-nan Young.

Adaptivní chování, jako je toto, je to, co je pro biomedicínské aplikace tak slibné.

Arnold Mathijssen je odborníkem na mikroroboty a biofyziku na University of Pennsylvania. Nebyl zapojen do výzkumu.

„Tato práce je klíčovým příkladem toho, jak může být rychlý vývoj umělé inteligence využit k řešení nevyřešených problémů v oblasti pohybových problémů v dynamice tekutin,“ řekl Mathijssen. "Integrace mezi strojovým učením a mikroplavci v této práci podnítí další spojení mezi těmito dvěma vysoce aktivními výzkumnými oblastmi."