Les robots utilisent l'IA pour "ressentir" la douleur et s'auto-réparer

Les robots sont sur le point de ressembler davantage à des êtres vivants avec un nouveau développement dans le domaine. Des scientifiques de l'Université technologique de Nanyang à Singapour (NTU Singapour) ont créé un système d'IA qui permet aux robots de reconnaître la douleur et de s'auto-réparer. 

Le système nouvellement développé s'appuie sur des nœuds de capteurs activés par l'IA, qui traitent la «douleur» puis y répondent. Cette douleur est identifiée lorsqu'il y a une pression provoquée par une force physique extérieure. L'autre partie importante du système est l'auto-réparation. Le robot est capable de réparer ces dommages, lorsqu'il s'agit d'une "blessure" mineure, le tout sans avoir à recourir à une intervention humaine.

La recherche a été publiée en août dans la revue Communications Nature.

La plupart des robots actuels dans le monde reçoivent des informations sur leur environnement immédiat via un réseau de capteurs. Cependant, ces capteurs ne traitent pas les informations, mais envoient plutôt les informations à une unité centrale de traitement. Cette unité centrale de traitement est l'endroit où l'apprentissage a lieu, et cela signifie que les robots actuels doivent avoir de nombreux fils. Ce système entraîne des temps de réponse plus longs. 

Outre des temps de réponse plus longs, ces robots sont souvent facilement endommagés et nécessitent beaucoup d'entretien et de réparation. 

Le nouveau système

Dans le nouveau système développé par les scientifiques, l'IA est intégrée au réseau de nœuds capteurs. Il existe plusieurs unités de traitement plus petites et moins puissantes, auxquelles les nœuds de capteurs sont connectés. Cette configuration permet à l'apprentissage d'avoir lieu localement, ce qui réduit à son tour la quantité de fils nécessaires et le temps de réponse. Concrètement, il est réduit de cinq à dix fois par rapport aux robots classiques.

Le système d'auto-réparation provient de l'introduction d'un matériau de gel ionique auto-cicatrisant dans le système. Cela permet aux robots de récupérer des fonctions mécaniques lorsqu'ils sont endommagés, sans l'aide d'humains. 

Le professeur agrégé Arindam Basu est co-auteur principal de l'étude. Il vient de l'École de génie électrique et électronique. 

"Pour que les robots travaillent un jour avec les humains, l'une des préoccupations est de savoir comment s'assurer qu'ils interagiront en toute sécurité avec nous. Pour cette raison, les scientifiques du monde entier ont trouvé des moyens de sensibiliser les robots, comme la capacité de « ressentir » la douleur, d'y réagir et de résister à des conditions de fonctionnement difficiles. Cependant, la complexité de l'assemblage de la multitude de capteurs nécessaires et la fragilité résultante d'un tel système constituent un obstacle majeur à une adoption généralisée.

Selon Basu, qui est également un expert en informatique neuromorphique, "Notre travail a démontré la faisabilité d'un système robotique capable de traiter efficacement les informations avec un minimum de câblage et de circuits. En réduisant le nombre de composants électroniques nécessaires, notre système devrait devenir abordable et évolutif. Cela contribuera à accélérer l'adoption d'une nouvelle génération de robots sur le marché. 

Apprendre au robot à ressentir la douleur

Afin d'enseigner au robot comment ressentir la douleur, l'équipe s'est appuyée sur des memtransistors, qui agissent comme des dispositifs électroniques "ressemblant à un cerveau". Ces appareils sont capables de mémoire et de traitement de l'information, agissant comme des récepteurs artificiels de la douleur et des synapses. 

L'étude a démontré comment le robot pouvait continuer à répondre à la pression même après avoir été endommagé. Suite à une « blessure », telle qu'une coupure, le robot perd sa fonction mécanique. C'est à ce moment-là que le gel ionique auto-cicatrisant entre en action et oblige le robot à guérir la «plaie», en la cousant essentiellement. 

Rohit Abraham John est le premier auteur de l'étude et chercheur à la School of Materials Science & Engineering de NTU.

"Les propriétés d'auto-guérison de ces nouveaux dispositifs aident le système robotique à se recoudre à plusieurs reprises lorsqu'il est" blessé "par une coupure ou une égratignure, même à température ambiante", explique John. "Cela imite le fonctionnement de notre système biologique, un peu comme la façon dont la peau humaine guérit d'elle-même après une coupure." 

Lors de nos tests, notre robot peut « survivre » et réagir à des dommages mécaniques involontaires résultant de blessures mineures telles que des rayures et des chocs, tout en continuant à fonctionner efficacement. Si un tel système était utilisé avec des robots en conditions réelles, il pourrait contribuer à des économies de maintenance.

Selon le professeur agrégé Nripan Mathews, co-auteur principal de la School of Materials Science & Engineering de NTU, « les robots conventionnels exécutent des tâches de manière structurée et programmable, mais les nôtres peuvent percevoir leur environnement, apprendre et adapter leur comportement en conséquence. La plupart des chercheurs se concentrent sur la fabrication de capteurs de plus en plus sensibles, mais ne se concentrent pas sur les défis liés à la manière dont ils peuvent prendre des décisions efficacement. De telles recherches sont nécessaires pour que la prochaine génération de robots puisse interagir efficacement avec les humains.

« Dans ce travail, notre équipe a adopté une approche hors des sentiers battus, en appliquant de nouveaux matériaux d'apprentissage, dispositifs et méthodes de fabrication pour que les robots imitent les fonctions neurobiologiques humaines. Bien qu'encore au stade de prototype, nos découvertes ont établi des cadres importants pour le domaine, indiquant la voie à suivre pour les chercheurs pour relever ces défis.

L'équipe de recherche va maintenant se tourner vers des partenaires de l'industrie et des laboratoires de recherche gouvernementaux afin de faire progresser le système.