I robot utilizzano l’IA per ‘sentire’ il dolore e autoripararsi

I robot sono un passo più vicini a essere più simili agli esseri viventi con un nuovo sviluppo nel campo. Gli scienziati dell’Università Tecnologica di Nanyang, Singapore (NTU Singapore) hanno creato un sistema di intelligenza artificiale che consente ai robot di riconoscere il dolore e autoripararsi.

Il sistema appena sviluppato si basa su nodi di sensori abilitati all’IA, che elaborano il ‘dolore’ e poi rispondono a esso. Questo dolore viene identificato quando c’è una pressione esercitata da una forza fisica esterna. L’altra parte principale del sistema è l’autoriparazione. Il robot è in grado di riparare il danno, quando si tratta di una ‘lesione’ minore, tutto senza dover ricorrere all’intervento umano.

La ricerca è stata pubblicata ad agosto sulla rivista Nature Communications.

La maggior parte dei robot attuali riceve informazioni sul loro ambiente immediato attraverso una rete di sensori. Tuttavia, questi sensori non elaborano le informazioni, ma le inviano a un’unità di elaborazione centrale. Questa unità di elaborazione centrale è dove si verifica l’apprendimento, e significa che i robot attuali richiedono molti cavi. Ciò comporta tempi di risposta più lunghi.

Oltre ai tempi di risposta più lunghi, questi robot sono spesso facilmente danneggiati e richiedono molta manutenzione e riparazione.

Il nuovo sistema

Nel nuovo sistema sviluppato dagli scienziati, l’IA è integrata nella rete di nodi di sensori. Ci sono più unità di elaborazione più piccole e meno potenti, alle quali i nodi di sensori sono collegati. Ciò consente l’apprendimento a livello locale, il che a sua volta riduce la quantità di cavi necessari e il tempo di risposta. In particolare, è ridotto di cinque a dieci volte rispetto ai robot convenzionali.

Il sistema di autoriparazione deriva dall’introduzione di un materiale gel ionico auto-guaritore nel sistema. Ciò consente ai robot di recuperare le funzioni meccaniche quando sono danneggiati, senza l’aiuto degli esseri umani.

Il professore associato Arindam Basu è co-autore principale dello studio. Proviene dalla Scuola di Ingegneria Elettrica ed Elettronica.

“Perché i robot possano lavorare insieme agli esseri umani un giorno, una preoccupazione è come assicurarsi che interagiranno in modo sicuro con noi. Per questo motivo, gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando modi per portare una sorta di consapevolezza ai robot, come ad esempio essere in grado di ‘sentire’ il dolore, per reagire a esso e per resistere a condizioni operative estreme. Tuttavia, la complessità di assemblare la moltitudine di sensori necessari e la risultante fragilità di un tale sistema è una barriera principale per l’adozione generalizzata.”

Secondo Basu, che è anche un esperto di calcolo neuromorfico, “Il nostro lavoro ha dimostrato la fattibilità di un sistema robotico in grado di elaborare informazioni in modo efficiente con un minimo di cablaggio e circuiti. Riducendo il numero di componenti elettronici necessari, il nostro sistema dovrebbe diventare accessibile e scalabile. Ciò aiuterà ad accelerare l’adozione di una nuova generazione di robot sul mercato.”

Insegnare al robot a sentire il dolore

Per insegnare al robot a sentire il dolore, il team si è basato su memtransistor, che agiscono come dispositivi elettronici ‘simili al cervello’. Questi dispositivi sono in grado di avere memoria e elaborazione delle informazioni, agendo come recettori artificiali del dolore e sinapsi.

Lo studio ha dimostrato come il robot possa continuare a rispondere alla pressione anche dopo essere stato danneggiato. Dopo una ‘lesione’, come un taglio, il robot perde la funzione meccanica. È allora che il gel ionico auto-guaritore entra in azione e fa sì che il robot si ‘curi’ della ‘ferita’, fondamentalmente cucendola insieme.

Rohit Abraham John è l’autore principale dello studio e ricercatore presso la Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’NTU.

“Le proprietà auto-guaritrici di questi dispositivi innovativi aiutano il sistema robotico a cucirsi insieme ripetutamente quando ‘ferito’ con un taglio o un graffio, anche a temperatura ambiente”, afferma John. “Ciò mimetizza il modo in cui funziona il nostro sistema biologico, molto simile a come la pelle umana si rigenera da sola dopo un taglio.”

“Nei nostri test, il nostro robot può ‘sopravvivere’ e rispondere a danni meccanici involontari derivanti da lesioni minori come graffi e urti, continuando a funzionare in modo efficace. Se un tale sistema fosse utilizzato con i robot in ambienti del mondo reale, potrebbe contribuire a risparmiare sulla manutenzione.”

Secondo il professore associato Nripan Mathews, che è co-autore principale proveniente dalla Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’NTU, “I robot convenzionali eseguono compiti in modo programmabile strutturato, ma i nostri possono percepire il loro ambiente, imparare e adattare il comportamento di conseguenza. La maggior parte dei ricercatori si concentra sul rendere i sensori sempre più sensibili, ma non si concentra sulle sfide di come possano prendere decisioni in modo efficace. Tali ricerche sono necessarie per la prossima generazione di robot per interagire efficacemente con gli esseri umani.”

“In questo lavoro, il nostro team ha adottato un approccio che non è convenzionale, applicando nuovi materiali di apprendimento, dispositivi e metodi di fabbricazione per i robot per mimare le funzioni neuro-biologiche umane. Sebbene sia ancora allo stadio di prototipo, i nostri risultati hanno gettato le basi importanti per il settore, indicando la strada da seguire per i ricercatori per affrontare queste sfide.”

Il team di ricerca si rivolgerà ora ai partner dell’industria e ai laboratori di ricerca governativi per avanzare ulteriormente il sistema.