AI aitab mikrorobotitel õppida ujuma ja navigeerima

Santa Clara ülikooli, New Jersey tehnoloogiainstituudi ja Hongkongi ülikooli teadlaste meeskond on edukalt kasutanud sügavat tugevdusõpet, et õpetada mikroroboteid ujuma. Uus arendus on suur samm edasi mikroujumise võimaluste vallas.

Eksperdid on järjekindlalt keskendunud tehislike mikroujujate loomisele, mis suudavad navigeerida sarnaselt looduslikult esinevate ujumismikroorganismidega, näiteks bakteritega. Neid mikroujujaid saaks tulevikus kasutada mitmesugustes biomeditsiinilistes rakendustes, näiteks ravimite sihipäraseks manustamiseks ja mikrokirurgiaks. Isegi arendusele keskendudes suudab enamik tänapäeva tehisujujaid sooritada vaid lihtsaid manöövreid fikseeritud liikumiskäiguga.

Uus uuring avaldati aastal Sidefüüsika.

Mikroujujate õpetamine tehisintellektiga

Uuringus põhjendas meeskond, et tehisintellekt võib õpetada mikroujujaid muutuvate tingimustega kohanema. Mikroujujad, sarnaselt inimestele, vajavad ujuma õppimiseks tugevdavat õppimist ja tagasisidet, kuid neil on ainulaadsed väljakutsed.

On Shun Pak on Santa Clara ülikooli masinaehituse dotsent.

"Iseenesest mikroskaalal ujumine on keeruline ülesanne," ütles On Shun Pak. "Kui soovite, et mikroujuja sooritaks keerukamaid manöövreid, võib nende liikumiskõnni kujundus kiiresti muutuda keeruliseks."

ANN-ide ja tugevdamisõppe kombineerimine

Meeskond ühendas kunstlikud närvivõrgud (ANN-id) ja tugevdamisõppe, et õpetada lihtsat mikroujujat edukalt ujuma ja suvalises suunas navigeerima. Mikroujuja saab tagasisidet oma konkreetsete tegevuste kohta, mida ta seejärel kasutab keskkonnaga suhtlemise kogemuse põhjal järk-järgult ujuma õppimiseks.

Alan Tsang on Hongkongi ülikooli masinaehituse dotsent.

"Sarnaselt inimesele, kes õpib ujuma, õpib mikroujuja, kuidas liigutada oma "kehaosi" - antud juhul kolme mikroosakest ja venitatavaid lülisid -, et ise liikuda ja pöörata," ütles Tsang. "See teeb seda ilma inimeste teadmistele tuginemata, vaid ainult masinõppe algoritmile."

AI-toega ujuja saab adaptiivselt lülituda erinevate liikumiskäikude vahel, mis võimaldab tal iseseisvalt mis tahes sihtpunkti suunas navigeerida.

Teadlased demonstreerisid mikroujuja võimsust, võimaldades sellel jälgida keerulist rada ilma selgesõnaliselt programmeerimata.

Yuan-nan Young on New Jersey Tehnoloogiainstituudi matemaatikateaduste professor.

"See on meie esimene samm, et lahendada mikroujujate väljatöötamine, mis suudavad kohaneda nagu bioloogilised rakud iseseisvalt keerukates keskkondades navigeerimiseks," ütles Yuan-nan Young.

Sellised kohanduvad käitumised on biomeditsiiniliste rakenduste jaoks paljutõotavad.

Arnold Mathijssen on Pennsylvania ülikooli mikrorobotite ja biofüüsika ekspert. Ta ei osalenud uurimistöös.

"See töö on võtmenäide sellest, kuidas tehisintellekti kiiret arengut saab ära kasutada vedelikudünaamika liikumisprobleemide lahendamiseks," ütles Mathijssen. "Masinõppe ja mikroujujate integreerimine selles töös loob täiendavaid seoseid nende kahe väga aktiivse uurimisvaldkonna vahel."