L'intelligenza artificiale utilizza l'apprendimento per rinforzo per navigare negli oceani

Gli ingegneri del Caltech, dell'ETH di Zurigo e di Harvard stanno lavorando a un'intelligenza artificiale (AI) che può consentire ai droni autonomi di utilizzare le correnti oceaniche per facilitare la loro navigazione. Con questo approccio, i droni non devono combattere contro le correnti.

La ricerca è stata pubblicata in Nature Communications a dicembre 8.

John O. Dabiri è il professore centenario di ingegneria aeronautica e meccanica e uno degli autori della ricerca. 

“Quando vogliamo che i robot esplorino le profondità dell'oceano, specialmente in sciami, è quasi impossibile controllarli con un joystick da 20,000 piedi di distanza in superficie. Inoltre, non possiamo fornire loro dati sulle correnti oceaniche locali di cui hanno bisogno per navigare perché non possiamo rilevarle dalla superficie. Invece, a un certo punto abbiamo bisogno di droni oceanici per essere in grado di prendere decisioni su come muoversi da soli", afferma Dabiri.

Testare l'intelligenza artificiale

Gli ingegneri hanno testato l'accuratezza dell'intelligenza artificiale con simulazioni al computer e il team ha sviluppato un piccolo robot che esegue l'algoritmo su un chip di computer, che potrebbe alimentare droni marini sulla Terra e su altri pianeti. Alla fine, potrebbero sviluppare un sistema autonomo che monitora le condizioni degli oceani del pianeta, e lo farebbe combinandolo con protesi precedentemente sviluppate per aiutare le meduse a nuotare a comando. 

Affinché questo approccio funzioni, i droni devono prendere decisioni autonomamente su dove andare e come arrivarci. Probabilmente dovranno fare affidamento sui dati che raccolgono da soli, che sarebbero sotto forma di informazioni sulle correnti d'acqua che stanno sperimentando.

I ricercatori hanno utilizzato reti di apprendimento per rinforzo per risolvere questo problema e hanno scritto un software che può essere eseguito su un piccolo microcontrollore. 

Il team è stato in grado di utilizzare una simulazione al computer per insegnare all'intelligenza artificiale a navigare. Il nuotatore simulato aveva accesso solo alle informazioni sulle correnti d'acqua nella sua posizione immediata, ma è stato in grado di imparare rapidamente come sfruttare i vortici nell'acqua per raggiungere un bersaglio. 

Questo tipo di ingenuità è comune tra aquile e falchi, che cavalcano le termiche nell'aria mentre estraggono energia dalle correnti d'aria per manovrare. Ciò consente loro di spostarsi verso un obiettivo risparmiando energia. 

Strategie di navigazione efficaci

Secondo il team, il loro algoritmo di apprendimento per rinforzo potrebbe anche apprendere strategie di navigazione più efficaci di quelle utilizzate dai pesci nell'oceano.

"Inizialmente speravamo solo che l'intelligenza artificiale potesse competere con le strategie di navigazione già presenti nei veri animali che nuotano, quindi siamo rimasti sorpresi nel vederla apprendere metodi ancora più efficaci sfruttando ripetute prove sul computer", afferma Dabiri.

I ricercatori cercheranno ora di testare l'intelligenza artificiale su ogni diverso tipo di disturbo del flusso che incontrerebbe nell'oceano. Raggiungeranno questo risultato combinando la loro conoscenza della fisica del flusso oceanico con la strategia di apprendimento per rinforzo.

Peter Gunnarson è uno studente laureato al Caltech e autore principale del documento.

"Non solo il robot imparerà, ma anche noi impareremo a conoscere le correnti oceaniche e come navigare attraverso di esse", afferma Gunnarson.