Robótica
La IA ayuda a los microrobots a aprender a nadar y navegar
Un equipo de investigadores de la Universidad de Santa Clara, el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey y la Universidad de Hong Kong han utilizado con éxito el aprendizaje por refuerzo profundo para enseñar a microrobots a nadar. El nuevo desarrollo es un gran paso adelante en las capacidades de micronatación.
Los expertos se han centrado constantemente en crear micronadadores artificiales que puedan navegar de manera similar a los microorganismos nadadores naturales, como las bacterias. Estos micronadadores podrían usarse para una variedad de aplicaciones biomédicas en el futuro, como la administración dirigida de medicamentos y la microcirugía. Incluso con el enfoque en el desarrollo, la mayoría de los micronadadores artificiales de hoy en día solo pueden realizar maniobras simples con pasos locomotores fijos.
El nuevo estudio fue publicado en Física de Comunicaciones.
Enseñanza de micronadadores con IA
En el estudio, el equipo razonó que la IA podría enseñar a los micronadadores a adaptarse a las condiciones cambiantes. Los micronadadores, al igual que los humanos, requieren un aprendizaje reforzado y retroalimentación para aprender a nadar, pero tienen un conjunto único de desafíos.
On Shun Pak es profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad de Santa Clara.
“Ser capaz de nadar a microescala por sí solo es una tarea desafiante”, dijo On Shun Pak. “Cuando quieres que un micronadador realice maniobras más sofisticadas, el diseño de sus pasos locomotores puede volverse intratable rápidamente”.
Combinación de ANN y aprendizaje por refuerzo
El equipo combinó redes neuronales artificiales (RNA) y aprendizaje por refuerzo para enseñar con éxito a un simple micronadador a nadar y navegar en una dirección arbitraria. El micronadador recibe retroalimentación sobre sus acciones específicas, que luego utiliza para aprender progresivamente a nadar en función de su experiencia en interacción con el entorno.
Alan Tsang es profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Hong Kong.
"De manera similar a como un ser humano aprende a nadar, el micronadador aprende a mover sus 'partes del cuerpo' (en este caso, tres micropartículas y eslabones extensibles) para autopropulsarse y girar", dijo Tsang. "Lo hace sin depender del conocimiento humano, sino únicamente de un algoritmo de aprendizaje automático".
El nadador impulsado por IA puede cambiar entre diferentes modos de andar de manera adaptativa, lo que le permite navegar hacia cualquier ubicación objetivo por sí solo.
Los investigadores demostraron el poder del micronadador al permitirle seguir un camino complejo sin ser programado explícitamente.
Yuan-nan Young es profesor de ciencias matemáticas en el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey.
"Este es nuestro primer paso para enfrentar el desafío de desarrollar micronadadores que puedan adaptarse como células biológicas para navegar entornos complejos de forma autónoma", dijo Yuan-nan Young.
Comportamientos adaptativos como estos son los que son tan prometedores para las aplicaciones biomédicas.
Arnold Mathijssen es un experto en microrobots y biofísica de la Universidad de Pensilvania. No participó en la investigación.
“Este trabajo es un ejemplo clave de cómo se puede aprovechar el rápido desarrollo de la inteligencia artificial para abordar los desafíos no resueltos en los problemas de locomoción en la dinámica de fluidos”, dijo Mathijssen. “La integración entre el aprendizaje automático y los micronadadores en este trabajo generará más conexiones entre estas dos áreas de investigación altamente activas”.
