Tekoäly käyttää vahvistusoppimista merien navigoimiseen

Insinöörit Caltechissa, ETH Zürichissä ja Harvardissa työskentelevät tekoälyjärjestelmän parissa, joka mahdollistaa autonomisten droonien käytön merivirtojen hyödyntämiseen navigoinnissa. Tämän lähestymistavan avulla droonit eivät tarvitse taistella virtauksia vastaan.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -julkaisussa 8. joulukuuta.

John O. Dabiri on ilmailutekniikan ja mekaniikan professori ja yksi tutkimuksen tekijöistä.

“Kun haluamme, että robotit tutkivat syvää merta, erityisesti parvissa, on lähes mahdotonta ohjata niitä säätimellä 20 000 jalan päästä pinnasta. Emme myöskään voi syöttää niille tietoa paikallisten merivirtojen tilasta, joita ne tarvitsevat navigointiin, koska emme voi havaita niitä pinnasta. Sen sijaan jossain vaiheessa meidän on annettava merellisille drooneille mahdollisuus tehdä itse päätöksiä liikkeistään,” Dabiri sanoo.

Tehtävän testaaminen

Insinöörit testasivat tekoälyn tarkkuutta tietokonesimulaatioilla, ja tiimi kehitti pienen robotti, joka suorittaa algoritmin pienellä mikrokontrollerilla, joka voisi mahdollistaa merellisten droonien toiminnan Maapallolla ja muilla planeetoilla. Lopulta he voivat kehittää autonomisen järjestelmän, joka seuraa maapallon merien tilaa, ja se tehdään yhdistämällä se aiemmin kehitettyihin proteeseihin, jotka auttavat meduusoja uimaan käskystä.

Jotta tämä lähestymistapa toimisi, droonien on tehtävä päätöksiä itse siitä, minne mennä ja miten sinne päästä. Ne luultavasti joutuvat turvautumaan itse keräämäänsä tietoon, joka olisi muodoltaan tietoa vesivirroista, joita ne kokevat.

Tutkijat käyttivät vahvistusoppimisen verkkoja tämän ongelman ratkaisemiseen, ja he kirjoittivat ohjelmiston, joka voi suorittaa pienellä mikrokontrollerilla.

Tutkijat pystyivät käyttämään tietokonesimulaatiota opettaakseen tekoälyä navigoimaan. Simuloitu uimari sai vain tiedon vesivirroista heti läheisyydessään, mutta se oppi nopeasti hyödyntämään vesivirtoja ja liikkumaan kohti kohdetta.

Tämänlainen navigointi on yleinen kotkilla ja haukoilla, jotka liitävät ilmavirtauksissa ja hyödyntävät ilmavirtauksia liikkuakseen kohti kohdetta ja säästääkseen energiaa.

Tehtävän tehokkaat navigointistrategiat

Tutkijoiden mukaan heidän vahvistusoppimisalgoritminsä voisi myös oppia navigointistrategioita, jotka ovat tehokkaampia kuin ne, joita kalat käyttävät meressä.

“Olimme aluksi toivoneet, että tekoäly voisi kilpailla navigointistrategioiden kanssa, jotka on jo havaittu oikeissa uimareissa, joten yllätyimme nähdessämme, että se oppi jopa tehokkaampia menetelmiä hyödyntämällä toistuvia kokeita tietokoneella,” Dabiri sanoo.

Tutkijat aikovat nyt testata tekoälyä jokaisessa eri tyypissä virtaus häiriössä, joita se kohtaa meressä. He tulevat saavuttamaan tämän yhdistämällä tietämyksensä merivirtauksien fysiikasta vahvistusoppimisstrategiaan.

Peter Gunnarson on jatko-opiskelija Caltechissa ja tutkimuksen pääkirjoittaja.

“Robotti ei ainoastaan opi, vaan myös me opimme merivirroista ja siitä, miten navigoida niiden läpi,” Gunnarson sanoo.