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 una nuova sviluppo nel campo. 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 il caso è una “lesione” minore, senza dover fare affidamento sull’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 devono avere 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 molteplici unità di elaborazione più piccole e meno potenti, alle quali i nodi di sensori sono collegati. Questa configurazione 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-rigenerante nel sistema. Ciò consente ai robot di recuperare le funzioni meccaniche quando danneggiati, senza l’aiuto degli esseri umani.

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

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

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 più accessibile e scalabile. Ciò aiuterà ad accelerare l’adozione di una nuova generazione di robot nel 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 di elaborare 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-rigenerante entra in azione e fa sì che il robot si ripari la “ferita”, fondamentalmente cucendola insieme.

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

“Le proprietà auto-rigeneranti di questi dispositivi innovativi aiutano il sistema robotico a cucirsi insieme ripetutamente quando ‘ferito’ con un taglio o una graffiatura, anche a temperatura ambiente,” dice John. “Ciò mimetizza il modo in cui funziona il nostro sistema biologico, molto simile a come la pelle umana si ripara 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 robot in ambienti reali, 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 l’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 che interagiscono efficacemente con gli esseri umani.”

“In questo lavoro, il nostro team ha adottato un approccio insolito, applicando nuovi materiali di apprendimento, dispositivi e metodi di fabbricazione per far sì che i robot mimino 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 percorrere per i ricercatori che affrontano queste sfide.”

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