Robotter bruger AI til at ‘føle’ smerte og selv-reparere

Robotter er ét skridt nærmere at være mere som levende væsener med en ny udvikling inden for feltet. Videnskabsmænd fra Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har oprettet et AI-system, der giver robotter mulighed for at genkende smerte og selv-reparere.

Det nyligt udviklede system afhænger af AI-aktiverede sensor-noder, der behandler ‘smerte’ og derefter reagerer på den. Denne smerte identificeres, når der er tryk påført af en ydre fysisk kraft. Den anden store del af systemet er selv-reparation. Robotten kan reparere skaden, når sagen er en mindre ‘skade’, uden at skulle afhænge af menneskelig indgriben.

Forskningen blev offentliggjort i august i tidsskriftet Nature Communications.

De fleste af verdens nuværende robotter modtager information om deres umiddelbare omgivelser gennem et netværk af sensorer. Disse sensorer behandler dog ikke information, men sender i stedet informationen til en central procesenhed. Denne centrale procesenhed er, hvor læring finder sted, og det betyder, at nuværende robotter kræver mange ledninger. Dette system resulterer i længere responstider.

Ud over længere responstider er disse robotter ofte let ødelagte og kræver meget vedligeholdelse og reparation.

Det nye system

I det nye system, der er udviklet af videnskabsmændene, er AI’en integreret i netværket af sensor-noder. Der er flere mindre og mindre kraftfulde procesenheder, som sensor-noderne er forbundet til. Dette setup giver mulighed for, at læring kan finde sted lokalt, hvilket reducerer mængden af ledninger, der er nødvendige, og responstiden. Specifikt er det reduceret fem til ti gange i forhold til konventionelle robotter.

Selv-reparationssystemet kommer fra introduktionen af et selv-healende ion-gel-materiale i systemet. Dette giver robotter mulighed for at genskabe mekaniske funktioner, når de er beskadiget, uden hjælp fra mennesker.

Associate Professor Arindam Basu er medforfatter af studiet. Han kommer fra School of Electrical & Electronic Engineering.

“For at robotter kan arbejde sammen med mennesker en dag, er en bekymring, hvordan man kan sikre, at de vil interagere sikkert med os. Derfor har videnskabsmænd verden over fundet måder at bringe en fornemmelse af bevidsthed til robotter, såsom at kunne ‘føle’ smerte, reagere på den og modstå hårde driftsbetingelser. Men kompleksiteten af at samle det store antal sensorer, der kræves, og den resulterende sårbarhed af sådant et system er en stor barriere for bred anvendelse.”

Ifølge Basu, der også er en neuromorf computing-ekspert, “Vores arbejde har demonstreret muligheden for et robot-system, der kan behandle information effektivt med minimalt lednings- og kredsløbsbehov. Ved at reducere antallet af elektroniske komponenter, der kræves, skal vores system blive billigere og mere skalerbart. Dette vil hjælpe med at accelerere adoptionen af en ny generation af robotter på markedet.”

At lære robotten at føle smerte

For at lære robotten, hvordan den kan føle smerte, afhængte holdet af memtransistorer, der fungerer som ‘hjerne-lignende’ elektroniske enheder. Disse enheder kan have hukommelse og informationsbehandling, der fungerer som kunstige smerte-receptorer og synapser.

Studiet demonstrerede, hvordan robotten kunne fortsætte med at reagere på tryk, selv efter at den var beskadiget. Efter en ‘skade’, såsom et snit, mister robotten mekanisk funktion. Det er, når det selv-healende ion-gel træder i kraft og får robotten til at helbrede ‘såret’, grundlæggende syr det sammen.

Rohit Abraham John er første forfatter af studiet og forskningsstipendiat ved School of Materials Science & Engineering på NTU.

“De selv-healende egenskaber hos disse nye enheder hjælper det robotiske system til at genskabe sig selv, når ‘skadet’ med et snit eller ridse, selv ved stuetemperatur,” siger John. “Dette ligner, hvordan vores biologiske system fungerer, meget ligesom, hvordan menneskets hud helbreder sig selv efter et snit.”

“I vores tests kan vores robot ‘overleve’ og reagere på ufrivillig mekanisk skade, der opstår fra mindre skader, såsom ridser og bump, mens den fortsætter med at fungere effektivt. Hvis et sådant system blev brugt med robotter i virkelige verdensindstillinger, kunne det bidrage til besparelser i vedligeholdelse.”

Ifølge associate professor Nripan Mathews, der er medforfatter og kommer fra School of Materials Science & Engineering på NTU, “Konventionelle robotter udfører opgaver på en struktureret programmerbar måde, men vores kan opfange deres omgivelser, lære og tilpasse adfærd derefter. De fleste forskere fokuserer på at gøre sensorer mere og mere følsomme, men fokuserer ikke på udfordringerne med, hvordan de kan træffe beslutninger effektivt. Sådan forskning er nødvendig for, at den næste generation af robotter kan interagere effektivt med mennesker.”

“I dette arbejde har vores hold taget en tilgang, der er uden for den slåede vej, ved at anvende nye læringsmaterialer, enheder og fabrikationsmetoder til, at robotter kan efterligne menneskets neuro-biologiske funktioner. Selv om det stadig er i prototype-stadiet, har vores resultater lagt vigtige rammer for feltet og peget vejen frem for forskere til at tackle disse udfordringer.”

Forskningsholdet vil nu vende sig til partnere i industrien og regeringsforskningslaboratorier for at yderligere udvikle systemet.