Roboter lernt, sich selbst ohne menschliche Hilfe zu verstehen

Ingenieure an der Columbia University School of Engineering and Applied Science haben den ersten Roboter entwickelt, der ein Modell seines gesamten Körpers von Grund auf lernen kann, und das alles ohne menschliche Hilfe.

Die Studie wurde in Science Robotics veröffentlicht.

Den Roboter unterrichten

Die Forscher zeigten, wie der Roboter ein kinematisches Modell von sich selbst erstellen und ein Selbstmodell verwenden kann, um Bewegungen zu planen, Ziele zu erreichen und Hindernisse in einer Vielzahl von Situationen zu vermeiden. Er konnte auch automatisch Schäden an seinem Körper erkennen und kompensieren.

Ein Roboterarm wurde in einem Kreis von fünf Streaming-Videokameras platziert, und der Roboter beobachtete sich selbst durch die Kameras, während er sich frei bewegte. Er bewegte und verformte sich, um genau zu lernen, wie sein Körper auf verschiedene Motorbefehle reagierte, und nach drei Stunden hörte er schließlich auf. Das interne Deep-Learning-Netzwerk des Roboters lernte dann die Beziehung zwischen den Motoraktionen des Roboters und dem besetzten Volumen in seiner Umgebung.

Hod Lipson ist Professor für Maschinenbau und Direktor des Creative Machines Lab an der Columbia-Universität.

“Wir waren wirklich neugierig, wie der Roboter sich selbst vorstellte”, sagte Lipson. “Aber man kann nicht einfach in ein neuronales Netzwerk hineinschauen, es ist eine Blackbox.”

Die Forscher arbeiteten an mehreren Visualisierungstechniken, bevor das Selbstbild allmählich entstand.

“Es war eine Art sanft flimmernder Nebel, der den dreidimensionalen Körper des Roboters umhüllte”, fuhr Lipson fort. “Als der Roboter sich bewegte, folgte der flimmernde Nebel ihm sanft.”

Das Selbstmodell des Roboters war auf etwa 1% seines Arbeitsbereichs genau.

Potentielle Anwendungen und Fortschritte

Indem Roboter ermöglicht werden, sich selbst ohne menschliche Hilfe zu modellieren, können Experten eine Vielzahl von Fortschritten erzielen. Zum einen spart es Arbeitskraft und ermöglicht es dem Roboter, seinen eigenen Verschleiß zu überwachen und Schäden zu erkennen und zu kompensieren. Die Autoren sagen, dass diese Fähigkeit dazu beitragen wird, autonome Systeme selbstständiger zu machen. Ein Beispiel, das sie nennen, ist ein Fabrikroboter, der diese Fähigkeit nutzen könnte, um zu erkennen, dass etwas nicht richtig funktioniert, bevor er um Hilfe bittet.

Boyuan Chen ist der erste Autor der Studie. Er leitete die Arbeit und ist jetzt Assistant Professor an der Duke-Universität.

“Wir Menschen haben offensichtlich eine Vorstellung von uns selbst”, sagte Chen. “Schließen Sie die Augen und versuchen Sie, sich vorzustellen, wie Ihr eigener Körper sich bewegen würde, wenn Sie eine bestimmte Aktion ausführen würden, wie zum Beispiel die Arme nach vorne strecken oder einen Schritt zurücktreten. Irgendwo in unserem Gehirn haben wir eine Vorstellung von uns selbst, ein Selbstmodell, das uns sagt, welches Volumen unserer unmittelbaren Umgebung wir einnehmen und wie sich dieses Volumen ändert, wenn wir uns bewegen.”

Lipson arbeitet seit Jahren daran, Roboter eine Form von Selbstbewusstsein zu geben.

“Selbstmodellierung ist eine primitive Form von Selbstbewusstsein”, erklärte er. “Wenn ein Roboter, ein Tier oder ein Mensch ein genaues Selbstmodell hat, kann er besser in der Welt funktionieren, bessere Entscheidungen treffen und einen evolutionären Vorteil haben.”

Die Forscher erkannten die verschiedenen Grenzen und Risiken, die mit der Gewährung von Autonomie an Maschinen durch Selbstbewusstsein verbunden sind, und Lipson betont, dass die spezifische Art von Selbstbewusstsein in dieser Studie “im Vergleich zu dem der Menschen trivial ist, aber man muss irgendwo anfangen. Wir müssen langsam und vorsichtig vorgehen, damit wir die Vorteile nutzen können, während wir die Risiken minimieren.”