Roboti používají umělou inteligenci, aby „cítily“ bolest a se samy opravovaly

Roboti jsou o krok blíž k tomu, aby byli podobní živým bytostem, díky novému vývoji v tomto oboru. Vědci z Nanyang Technological University v Singapuru (NTU Singapuru) vytvořili systém umělé inteligence, který umožňuje robotům rozpoznat bolest a samy se opravovat.

Nově vyvinutý systém se spoléhá na uzly senzorů s umělou inteligencí, které zpracovávají „bolest“ a poté na ni reagují. Tato bolest je identifikována, když je na robot aplikována vnější fyzická síla. Druhou hlavní částí systému je samooprava. Robot je schopen opravit poškození, pokud se jedná o menší „zranění“,すべて bez nutnosti lidského zásahu.

Výzkum byl publikován v srpnu v časopise Nature Communications.

Většina současných robotů získává informace o svém okolí prostřednictvím sítě senzorů. Tyto senzory však nezpracovávají informace, ale místo toho je posílají do centrální procesorové jednotky. Tato centrální procesorová jednotka je místem, kde se provádí učení, a to znamená, že současné roboty vyžadují mnoho drátů. Tento systém vede k delším reakčním časům.

Kromě delších reakčních časů jsou tyto roboty často snadno poškozitelné a vyžadují banyak údržby a oprav.

Nový systém

V novém systému vyvinutém vědci je umělá inteligence vložena do sítě uzlů senzorů. Existuje několik menších a méně výkonných procesorových jednotek, ke kterým jsou uzly senzorů připojeny. Tento setup umožňuje, aby se učení provádělo místně, což snižuje počet potřebných drátů a reakční čas. Konkrétně je reakční čas snížen o pět až desetkrát ve srovnání s konvenčními roboty.

Systém samoopravy pochází zavedením samoopravného iontového gelu do systému. To umožňuje robotům obnovit mechanické funkce, když jsou poškozeny, bez pomoci lidí.

Docent Arindam Basu je spoluautorem studie. Pochází ze Školy elektrotechnického a elektronického inženýrství.

„Aby roboti mohli jednoho dne spolupracovat s lidmi, je jednou z obav, jak zajistit, aby bezpečně interagovali s námi. Z tohoto důvodu vědci po celém světě hledají způsoby, jak robotům dát smysl pro vědomí, jako je schopnost „cítit“ bolest, reagovat na ni a vydržet drsné provozní podmínky. Nicméně, složitost sestavení mnoha senzorů a výsledná křehkost takového systému je velkou překážkou pro široké přijetí.”

Podle Basua, který je také odborníkem na neuromorfní výpočetní techniku, „Naše práce prokázala proveditelnost robotického systému, který je schopen efektivně zpracovávat informace s minimálním zapojením a obvodů. Snížením počtu elektronických komponent, které jsou vyžadovány, by náš systém měl být dostupný a škálovatelný. To by mělo urychlit přijetí nové generace robotů na trhu.”

Učení robota cítit bolest

Aby učil robota, jak cítit bolest, tým spoléhal na memtransistory, které fungují jako „mozek“ elektronických zařízení. Tato zařízení jsou schopna mít paměť a zpracovávat informace, fungují jako umělá bolest a synapse.

Studie prokázala, jak robot mohl dál reagovat na tlak, i když byl poškozen. Po „zranění“, jako je řez, robot ztrácí mechanickou funkci. V tom okamžiku samoopravný iontový gel zasahuje a způsobuje, že se robot „uzdraví“, prakticky sešívá.

Rohit Abraham John je prvním autorem studie a výzkumným pracovníkem na Škole materiálů a inženýrství na NTU.

„Samoopravné vlastnosti těchto nových zařízení pomáhají robotickému systému opakovaně sešít sám sebe, když je „zraněn“ řezem nebo škrábnutím, i při pokojové teplotě,” říká John. „To napodobuje, jak funguje náš biologický systém, podobně jako když se lidská kůže sama uzdraví po řezu.”

„Ve našich testech může náš robot „přežít“ a reagovat na neúmyslné mechanické poškození způsobené malými zraněními, jako jsou škrábnutí a otřesy, zatímco pokračuje v efektivní práci. Pokud by takový systém byl použit u robotů v reálném světě, mohl by přispět k úsporám v údržbě.”

Podle docenta Nripana Matthewse, který je spoluautorem studie a pochází ze Školy materiálů a inženýrství na NTU, „Konvenční roboti provádějí úkoly ve strukturovaném programovatelném režimu, ale naši mohou vnímat své okolí, učit se a přizpůsobovat chování. Většina výzkumníků se soustředí na výrobu stále citlivějších senzorů, ale nezaměřují se na výzvy, jak mohou efektivně rozhodovat. Takový výzkum je nezbytný pro další generaci robotů, aby mohli efektivně interagovat s lidmi.”

„V této práci naše tým zvolil netradiční přístup, aplikující nové učební materiály, zařízení a výrobní metody pro roboty, aby napodobovaly lidské neurobiologické funkce. Přestože je naše výzkumná fáze stále v prototypové fázi, naše zjištění položila důležité rámce pro toto odvětví, ukazují cestu vpřed pro výzkumníky, aby řešili tyto výzvy.”

Výzkumný tým se nyní obrátí na partnery v průmyslu a vládní výzkumné laboratoře, aby dále rozvinul systém.