L’AI utilizza l’apprendimento per rinforzo per navigare gli oceani

Gli ingegneri del Caltech, dell’ETH Zurich e di Harvard stanno lavorando a un’intelligenza artificiale (AI) che possa consentire ai droni autonomi di utilizzare le correnti oceaniche per aiutare la navigazione. Con questo approccio, i droni non devono lottare contro le correnti.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications l’8 dicembre.

John O. Dabiri è il professore centenario di Aeronautica e Ingegneria Meccanica e uno degli autori della ricerca.

“Quando vogliamo che i robot esplorino l’oceano profondo, soprattutto in branchi, è quasi impossibile controllarli con un joystick da 20.000 piedi di distanza sulla superficie. Non possiamo nemmeno fornire loro dati sulle correnti oceaniche locali che devono navigare perché non possiamo rilevarle dalla superficie. Invece, a un certo punto, abbiamo bisogno che i droni oceanici siano in grado di prendere decisioni su come muoversi da soli”, afferma Dabiri.

Test dell’AI

Gli ingegneri hanno testato l’accuratezza dell’AI con simulazioni al computer e hanno sviluppato un piccolo robot che esegue l’algoritmo su un chip del computer, che potrebbe alimentare i 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 farà combinando questo con le protesi precedentemente sviluppate per aiutare le meduse a nuotare su comando.

Perché questo approccio funzioni, i droni devono prendere decisioni autonomamente su dove andare e come arrivarci. Probabilmente dovranno affidarsi ai dati che raccolgono da soli, che saranno sotto forma di informazioni sulle correnti d’acqua che stanno sperimentando.

I ricercatori hanno utilizzato reti di apprendimento per rinforzo per affrontare 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’AI 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 a sfruttare le voragini nell’acqua per costeggiare verso un bersaglio.

Questo tipo di navigazione 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 muoversi verso un bersaglio mentre risparmiano energia.

Strategie di navigazione efficaci

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

“Speravamo inizialmente che l’AI potesse competere con le strategie di navigazione già presenti in animali nuotanti reali, quindi siamo stati sorpresi nel vedere che imparava metodi ancora più efficaci sfruttando prove ripetute al computer”, afferma Dabiri.

I ricercatori cercheranno ora di testare l’AI su ogni tipo di disturbo del flusso che potrebbe incontrare nell’oceano. Lo faranno combinando la loro conoscenza della fisica del flusso oceanico con la strategia di apprendimento per rinforzo.

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

“Non solo il robot sarà in grado di imparare, ma impareremo anche noi sulle correnti oceaniche e su come navigare attraverso di esse”, afferma Gunnarson.