Les robots utilisent l’IA pour « ressentir » la douleur et s’auto-réparer

Les robots sont un pas plus près d’être plus semblables aux êtres vivants avec un nouveau développement dans le domaine. Les scientifiques de l’Université technologique de Nanyang, 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 repose sur des nœuds de capteurs dotés d’IA, qui traitent la « douleur » et y répondent. Cette douleur est identifiée lorsqu’il y a une pression exercée par une force physique extérieure. L’autre partie importante du système est l’auto-réparation. Le robot est capable de réparer les dégâts, lorsque le cas est une légère « blessure », tout sans avoir besoin de recourir à l’intervention humaine.

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

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

En plus 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 de capteurs. Il y a plusieurs unités de traitement plus petites et moins puissantes, auxquelles les nœuds de capteurs sont connectés. Cette configuration permet l’apprentissage à avoir lieu localement, ce qui réduit le nombre de câbles nécessaires et le temps de réponse. Plus précisément, il est réduit de cinq à dix fois par rapport aux robots conventionnels.

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 les fonctions mécaniques lorsqu’ils sont endommagés, sans l’aide des humains. 

Le professeur associé Arindam Basu est co-auteur principal de l’étude. Il vient de l’École d’ingénierie électrique et électronique. 

« Pour que les robots travaillent un jour avec les humains, une préoccupation est de savoir comment garantir qu’ils interagiront en toute sécurité avec nous. Pour cette raison, les scientifiques du monde entier ont trouvé des moyens d’apporter une conscience aux robots, tels que la capacité de « ressentir » la douleur, de réagir à celle-ci et de résister à des conditions de fonctionnement difficiles. Cependant, la complexité de la mise en place de la multitude de capteurs nécessaires et de la fragilité qui en résulte est un obstacle majeur à une adoption généralisée. »

Selon Basu, qui est également un expert en calcul neuromorphique, « Notre travail a démontré la faisabilité d’un système robotique capable de traiter les informations de manière efficace 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. » 

Enseigner au robot à ressentir la douleur

Pour enseigner au robot à ressentir la douleur, l’équipe a eu recours à des memristors, qui agissent comme des dispositifs électroniques « cérébraux ». Ces dispositifs sont capables de mémoriser et de traiter les informations, agissant comme des récepteurs et des synapses de douleur artificiels. 

L’étude a démontré comment le robot pouvait continuer à répondre à la pression même après avoir été endommagé. Après une « blessure », telle qu’une coupure, le robot perd la fonction mécanique. C’est alors que le gel ionique auto-cicatrisant entre en jeu et fait que le robot guérit la « plaie », en la « cousant » essentiellement. 

Rohit Abraham John est l’auteur principal de l’étude et chercheur à l’École des sciences et de l’ingénierie des matériaux à NTU.

« Les propriétés auto-cicatrisantes de ces dispositifs novateurs aident le système robotique à se recoudre à plusieurs reprises lorsqu’il est « blessé » par une coupure ou une égratignure, même à température ambiante », déclare John. « Cela imite la façon dont notre système biologique fonctionne, à peu près comme la peau humaine qui se cicatrise d’elle-même après une coupure. » 

« Dans nos tests, notre robot peut « survivre » et répondre à des dommages mécaniques involontaires résultant de blessures mineures telles que des égratignures et des bosses, tout en continuant à fonctionner efficacement. Si un tel système était utilisé avec des robots dans des contextes réels, il pourrait contribuer à des économies de maintenance. »

Selon le professeur associé Nripan Mathews, qui est co-auteur principal venant de l’École des sciences et de l’ingénierie des matériaux à NTU, « Les robots conventionnels effectuent des tâches de manière programmable structurée, mais les nôtres peuvent percevoir leur environnement, apprendre et adapter leur comportement en conséquence. La plupart des chercheurs se concentrent sur la création de capteurs de plus en plus sensibles, mais ne se concentrent pas sur les défis de la prise de décision efficace. De telles recherches sont nécessaires pour que la prochaine génération de robots interagisse efficacement avec les humains. »

« Dans ce travail, notre équipe a adopté une approche inhabituelle, en appliquant de nouveaux matériaux d’apprentissage, des dispositifs et des méthodes de fabrication pour les robots pour imiter les fonctions neurobiologiques humaines. Bien qu’il s’agisse encore d’un prototype, nos résultats 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 s’associer à des partenaires de l’industrie et des laboratoires de recherche gouvernementaux pour faire progresser davantage le système.