Τα ρομπότ χρησιμοποιούν τεχνητή νοημοσύνη για να «αισθανθούν» τον πόνο και να αυτοεπισκευαστούν

Τα ρομπότ είναι ένα βήμα πιο κοντά στο να μοιάζουν περισσότερο με ζωντανά όντα με μια νέα εξέλιξη στον τομέα. Επιστήμονες από το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang της Σιγκαπούρης (NTU Singapore) δημιούργησαν ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης που επιτρέπει στα ρομπότ να αναγνωρίζουν τον πόνο και να αυτοεπισκευάζονται. 

Το σύστημα που αναπτύχθηκε πρόσφατα βασίζεται σε κόμβους αισθητήρων με δυνατότητα AI, οι οποίοι επεξεργάζονται τον «πόνο» και στη συνέχεια ανταποκρίνονται σε αυτόν. Αυτός ο πόνος αναγνωρίζεται όταν ασκείται πίεση από εξωτερική φυσική δύναμη. Το άλλο σημαντικό μέρος του συστήματος είναι η αυτο-επισκευή. Το ρομπότ είναι σε θέση να επιδιορθώσει αυτή τη ζημιά, όταν η περίπτωση είναι ένας μικρός «τραυματισμός», χωρίς να χρειάζεται να βασιστεί στην ανθρώπινη παρέμβαση.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε τον Αύγουστο στο περιοδικό Nature Communications.

Τα περισσότερα από τα σημερινά ρομπότ στον κόσμο λαμβάνουν πληροφορίες για το άμεσο περιβάλλον τους μέσω ενός δικτύου αισθητήρων. Ωστόσο, αυτοί οι αισθητήρες δεν επεξεργάζονται πληροφορίες, αλλά στέλνουν τις πληροφορίες σε μια κεντρική μονάδα επεξεργασίας. Αυτή η κεντρική μονάδα επεξεργασίας είναι όπου λαμβάνει χώρα η εκμάθηση και σημαίνει ότι τα τρέχοντα ρομπότ πρέπει να έχουν πολλά καλώδια. Αυτό το σύστημα έχει ως αποτέλεσμα μεγαλύτερους χρόνους απόκρισης. 

Εκτός από τους μεγαλύτερους χρόνους απόκρισης, αυτά τα ρομπότ συχνά καταστρέφονται εύκολα και απαιτούν πολλή συντήρηση και επισκευή. 

Το νέο σύστημα

Στο νέο σύστημα που ανέπτυξαν οι επιστήμονες, το AI είναι ενσωματωμένο στο δίκτυο των κόμβων αισθητήρων. Υπάρχουν πολλές μικρότερες και λιγότερο ισχυρές μονάδες επεξεργασίας, στις οποίες συνδέονται οι κόμβοι αισθητήρων. Αυτή η ρύθμιση επιτρέπει την εκμάθηση να πραγματοποιείται τοπικά, η οποία με τη σειρά της μειώνει την ποσότητα των καλωδίων που απαιτούνται και τον χρόνο απόκρισης. Συγκεκριμένα, μειώνεται πέντε έως δέκα φορές σε σύγκριση με τα συμβατικά ρομπότ.

Το σύστημα αυτοεπιδιόρθωσης προέρχεται από την εισαγωγή ενός υλικού γέλης ιόντων αυτο-θεραπείας στο σύστημα. Αυτό επιτρέπει στα ρομπότ να ανακτούν μηχανικές λειτουργίες όταν καταστραφούν, χωρίς τη βοήθεια ανθρώπων. 

Ο αναπληρωτής καθηγητής Arindam Basu είναι ο συνεπικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Προέρχεται από τη Σχολή Ηλεκτρολόγων & Ηλεκτρονικών Μηχανικών. 

«Για να δουλέψουν τα ρομπότ μαζί με τους ανθρώπους μια μέρα, μια ανησυχία είναι πώς να διασφαλίσουμε ότι θα αλληλεπιδράσουν με ασφάλεια μαζί μας. Για αυτόν τον λόγο, επιστήμονες σε όλο τον κόσμο βρίσκουν τρόπους για να φέρουν μια αίσθηση ευαισθητοποίησης στα ρομπότ, όπως το να μπορούν να «αισθανθούν» τον πόνο, να αντιδρούν σε αυτόν και να αντέχουν σε σκληρές συνθήκες λειτουργίας. Ωστόσο, η πολυπλοκότητα της συναρμολόγησης του πλήθους των απαιτούμενων αισθητήρων και η συνακόλουθη ευθραυστότητα ενός τέτοιου συστήματος αποτελεί σημαντικό εμπόδιο για ευρεία υιοθέτηση».

Σύμφωνα με τον Basu, ο οποίος είναι επίσης ειδικός στους νευρομορφικούς υπολογιστές, «Η δουλειά μας έχει δείξει τη σκοπιμότητα ενός ρομποτικού συστήματος που είναι ικανό να επεξεργάζεται πληροφορίες αποτελεσματικά με ελάχιστες καλωδιώσεις και κυκλώματα. Με τη μείωση του αριθμού των απαιτούμενων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, το σύστημά μας θα πρέπει να γίνει προσιτό και επεκτάσιμο. Αυτό θα βοηθήσει στην επιτάχυνση της υιοθέτησης μιας νέας γενιάς ρομπότ στην αγορά». 

Διδάσκοντας το ρομπότ να αισθάνεται πόνο

Προκειμένου να διδάξει στο ρομπότ πώς να αισθάνεται πόνο, η ομάδα βασίστηκε σε memtransistors, τα οποία λειτουργούν ως ηλεκτρονικές συσκευές που μοιάζουν με τον εγκέφαλο. Αυτές οι συσκευές είναι σε θέση να έχουν μνήμη και επεξεργασία πληροφοριών, λειτουργώντας ως τεχνητοί υποδοχείς πόνου και συνάψεις. 

Η μελέτη έδειξε πώς το ρομπότ μπορούσε να συνεχίσει να ανταποκρίνεται στην πίεση ακόμα και μετά την καταστροφή του. Μετά από έναν «τραυματισμό», όπως ένα κόψιμο, το ρομπότ χάνει τη μηχανική του λειτουργία. Τότε είναι που το αυτο-θεραπευόμενο τζελ ιόντων μπαίνει και αναγκάζει το ρομπότ να επουλώσει την «πληγή», ουσιαστικά συρράπτοντάς την μεταξύ τους. 

Ο Rohit Abraham John είναι ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης και ερευνητής στη Σχολή Επιστήμης & Μηχανικής Υλικών στο NTU.

«Οι αυτοθεραπευτικές ιδιότητες αυτών των νέων συσκευών βοηθούν το ρομποτικό σύστημα να ράβεται επανειλημμένα όταν «τραυματίζεται» με κόψιμο ή γρατσουνιά, ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου», λέει ο John. «Αυτό μιμείται το πώς λειτουργεί το βιολογικό μας σύστημα, όπως ακριβώς ο τρόπος με τον οποίο το ανθρώπινο δέρμα επουλώνεται μόνο του μετά από ένα κόψιμο». 

«Στις δοκιμές μας, το ρομπότ μας μπορεί να «επιβιώσει» και να ανταποκριθεί σε ακούσιες μηχανικές βλάβες που προκύπτουν από μικροτραυματισμούς, όπως γρατσουνιές και χτυπήματα, ενώ συνεχίζει να εργάζεται αποτελεσματικά. Εάν ένα τέτοιο σύστημα χρησιμοποιούνταν με ρομπότ σε πραγματικές συνθήκες, θα μπορούσε να συμβάλει στην εξοικονόμηση πόρων στη συντήρηση».

Σύμφωνα με τον αναπληρωτή καθηγητή Nripan Mathews, ο οποίος είναι συν-επικεφαλής συγγραφέας προερχόμενος από τη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικών Υλικών στο NTU, «Τα συμβατικά ρομπότ εκτελούν εργασίες με δομημένο προγραμματιζόμενο τρόπο, αλλά τα δικά μας μπορούν να αντιληφθούν το περιβάλλον τους, να μαθαίνουν και να προσαρμόζουν τη συμπεριφορά τους ανάλογα. Οι περισσότεροι ερευνητές επικεντρώνονται στη δημιουργία ολοένα και πιο ευαίσθητων αισθητήρων, αλλά δεν επικεντρώνονται στις προκλήσεις σχετικά με το πώς μπορούν να λάβουν αποφάσεις αποτελεσματικά. Μια τέτοια έρευνα είναι απαραίτητη προκειμένου η επόμενη γενιά ρομπότ να αλληλεπιδράσει αποτελεσματικά με τους ανθρώπους».

«Σε αυτήν την εργασία, η ομάδα μας υιοθέτησε μια προσέγγιση που είναι απροβλημάτιστη, εφαρμόζοντας νέα εκπαιδευτικά υλικά, συσκευές και μεθόδους κατασκευής για ρομπότ για να μιμηθούν τις ανθρώπινες νευροβιολογικές λειτουργίες. Ενώ ακόμη βρίσκεται σε στάδιο πρωτοτύπου, τα ευρήματά μας έχουν θέσει σημαντικά πλαίσια για το πεδίο, υποδεικνύοντας το δρόμο προς τα εμπρός στους ερευνητές για να αντιμετωπίσουν αυτές τις προκλήσεις».

Η ερευνητική ομάδα θα στραφεί τώρα σε συνεργάτες στη βιομηχανία και σε κυβερνητικά ερευνητικά εργαστήρια προκειμένου να προωθήσει περαιτέρω το σύστημα.