Robotit käyttävät tekoälyä “tunteakseen” kipua ja itsekorjausta

Robotit ovat yhden askeleen lähempänä elävien olentojen kaltaisia uuden kehityksen ansiosta. Nanyangin teknillisen yliopiston (NTU Singapore) tutkijat ovat luoneet tekoälyjärjestelmän, joka mahdollistaa robotien tunteman kipua ja itsekorjaamisen.

Uusi järjestelmä perustuu tekoälykäyttöisiin anturisolmuhin, jotka prosessoidaan “kipua” ja reagoivat siihen. Tämä kipu tunnistetaan, kun ulkoinen fyysinen voima aiheuttaa painetta. Järjestelmän toinen tärkeä osa on itsekorjaus. Robotti pystyy korjaamaan vahinkoa, kun tapaus on vähäinen “vamma”, ilman että siinä tarvitaan ihmisen väliintuloa.

Tutkimus julkaistiin elokuussa Nature Communications -julkaisussa.

Useimmat nykyiset robotit saavat tietoa lähiympäristöstään anturiverkon kautta. Näiden anturien kautta ei kuitenkaan prosessoida tietoa, vaan se lähetetään keskusprosessoriin. Tämä keskusprosessori on se, jossa oppiminen tapahtuu, ja se edellyttää, että nykyiset robotit tarvitsevat paljon johtoja. Tämä järjestelmä johtaa pidempiin vastausaikoihin.

Näiden robotien lisäksi ne ovat usein helposti vahingoittuvia ja vaativat paljon huoltoa ja korjausta.

Uusi järjestelmä

Uudessa järjestelmässä, jonka tutkijat ovat kehittäneet, tekoäly on upotettu anturisolmujen verkkoon. Siinä on useita pienempiä ja vähemmän tehokkaita prosessoriyksiköitä, joihin anturisolmut ovat kytketty. Tämä asettelu mahdollistaa paikallisen oppimisen, mikä vuorostaan vähentää tarvittavien johtojen määrää ja vastausaikaa. Erityisesti se on 5-10 kertaa nopeampi verrattuna perinteisiin roboteihin.

Itsekorjausjärjestelmä perustuu itseparantavaan ionigeeliin, joka on otettu järjestelmään. Se mahdollistaa robotin palauttamisen mekaanisiin toimintoihin vahingoittumisen jälkeen ilman ihmisen apua.

Associate Professor Arindam Basu on yksi tutkimuksen kirjoittajista. Hän on kotoisin School of Electrical & Electronic Engineering -yliopistosta.

“Jotta robotit voivat toimia yhdessä ihmisten kanssa, yksi huolenaihe on, miten varmistaa, että ne vuorovaikuttavat turvallisesti kanssamme. Tästä syystä tutkijat ympäri maailmaa ovat etsineet keinoja, joilla voidaan tuoda tietoisuus roboteille, kuten kyky ‘tuntea’ kipua, reagoida siihen ja kestää karheita toimintaympäristöjä. Kuitenkin monien anturien yhdistämisen monimutkaisuus ja tuloksena olevan järjestelmän hauraus ovat suuria esteitä laajalle leviämiselle.”

Basun mukaan, joka on myös neuromorfinen laskennan asiantuntija, “Työmme on osoittanut, että robotti, joka pystyy prosessoimaan tietoa tehokkaasti vähäisellä johtimilla ja piirien avulla, on toteutettavissa. Vähentämällä tarvittavien sähköisten komponenttien määrää, järjestelmämme tulisi olemaan edullinen ja skaalautuva. Tämä auttaa kiihdyttämään uuden sukupolven robottien omaksumista markkinoilla.”

Robotti oppii tunteen kipua

Jotta robotti voisi oppia tunteen kipua, tutkijaryhmä käytti memtransistoreja, jotka toimivat “aivomaisina” laitteina. Nämä laitteet pystyvät muistamaan ja prosessoimaan tietoa, toimien keinotekoisina kipureseptoreina ja synapseina.

Tutkimus osoitti, miten robotti pystyi reagoimaan paineen jälkeen, vaikka se oli vahingoittunut. Vamman jälkeen, kuten leikkauksen, robotti menettää mekaanisen toimintansa. Silloin itseparantava ionigeeli tulee voimaan ja aiheuttaa robotin “parantamisen”, perusteellisesti “ompelemalla” sen.

Rohit Abraham John on tutkimuksen ensisijainen kirjoittaja ja tutkija School of Materials Science & Engineering -yliopistossa NTU:ssa.

“Näiden uusien laitteiden itseparantavat ominaisuudet auttavat robotti järjestelmää korjaamaan itsensä toistuvasti, kun se on “vahingoittunut” leikkaamalla tai raapimalla, jopa huoneenlämmössä”, John sanoo. “Tämä jäljittelee, miten biologinen järjestelmämme toimii, samalla tavalla kuin ihon omat parantumisprosessit leikkauksen jälkeen.”

“Kokeissamme robotti voi ‘selviytyä’ ja reagoida tahattomaan mekaaniseen vahinkoon, kuten naarmuihin ja kolhuksiin, ja jatkaa toimintaa tehokkaasti. Jos tällaista järjestelmää käytettäisiin roboteissa todellisissa ympäristöissä, se voisi johtaa säästöihin huollossa.”

Associate Professor Nripan Mathews, joka on yksi tutkimuksen kirjoittajista School of Materials Science & Engineering -yliopistosta NTU:ssa, sanoo: “Perinteiset robotit suorittavat tehtäviä ohjelmoitavalla tavalla, mutta meidän robotti pystyy havainnoimaan ympäristöään, oppimaan ja sopeutumaan käyttäytymiseen. Useimmat tutkijat keskittyvät luomaan yhä herkempiä antureita, mutta eivät keskity siihen, miten ne voivat tehdä päätöksiä tehokkaasti. Tällaista tutkimusta on tarpeen, jotta seuraava sukupolvi roboteista voisi vuorovaikuttaa tehokkaasti ihmisten kanssa.”

“Tässä työssä tiimimme on ottanut poikkeavan tien, soveltamalla uusia oppimateriaaleja, laitteita ja valmistusmenetelmiä, jotta robotit voivat jäljitellä ihmisen neurobiologisia toimintoja. Vaikka se on vielä prototyyppivaiheessa, löydöksemme on asettanut tärkeitä kehyksiä alalle, osoittaen tien eteenpäin tutkijoille haasteiden ratkaisemiseksi.”

Tutkimusryhmä kääntyy nyt teollisuuden ja hallituksen tutkimuslaboratorioiden puoleen, jotta järjestelmää voidaan edelleen kehittää.