Roboty korzystają z AI, aby “czuć” ból i samodzielnie naprawiać się

Roboty są o krok bliżej bycia bardziej podobnymi do żywych istot dzięki nowemu rozwojowi w tej dziedzinie. Naukowcy z Nanyang Technological University w Singapurze (NTU Singapore) stworzyli system AI, który pozwala robotom rozpoznawać ból i samodzielnie naprawiać się.

Nowo opracowany system opiera się na węzłach czujnikowych z obsługą AI, które przetwarzają “ból” i reagują na niego. Ból ten jest identyfikowany, gdy występuje nacisk wywierany przez zewnętrzną siłę fizyczną. Innym ważnym elementem systemu jest samonaprawa. Robot jest w stanie naprawić uszkodzenia, gdy jest to nieznaczne “uszkodzenie”, bez potrzeby interwencji ludzkiej.

Badanie zostało opublikowane w sierpniu w czasopiśmie Nature Communications.

Większość robotów na świecie otrzymuje informacje o swoim najbliższym otoczeniu za pośrednictwem sieci czujników. Jednak te czujniki nie przetwarzają informacji, lecz wysyłają je do centralnej jednostki przetwarzającej. To właśnie tam odbywa się proces uczenia, co oznacza, że obecne roboty wymagają wielu przewodów. Ten system powoduje dłuższe czasy reakcji.

Oprócz dłuższych czasów reakcji, te roboty są często łatwo uszkadzane i wymagają dużej konserwacji i naprawy.

Nowy System

W nowym systemie opracowanym przez naukowców, AI jest wbudowany w sieć węzłów czujnikowych. Są to mniejsze i mniej wydajne jednostki przetwarzające, z którymi połączone są węzły czujnikowe. Ten układ pozwala na przetwarzanie informacji w miejscu, co z kolei redukuje ilość potrzebnych przewodów i czas reakcji. Konkretnie, czas reakcji jest redukowany pięć do dziesięciu razy w porównaniu z konwencjonalnymi robotami.

System samonaprawy wynika z wprowadzenia samonaprawialnego żelu jonowego do systemu. Pozwala to robotom na odzyskanie funkcji mechanicznych w przypadku uszkodzenia, bez pomocy ludzkiej.

Associate Professor Arindam Basu jest współautorem badań. Pochodzi ze Szkoły Inżynierii Elektrycznej i Elektronicznej.

“Aby roboty mogły współpracować z ludźmi w przyszłości, jednym z problemów jest to, jak zapewnić, że będą wchodzić w interakcje z nami w sposób bezpieczny. Dlatego naukowcy na całym świecie szukają sposobów, aby dać robotom poczucie świadomości, takie jak możliwość “odczuwania” bólu, reagowania na niego i wytrzymywania trudnych warunków pracy. Jednak złożoność połączenia wielu czujników i wynikająca z tego kruchość takiego systemu jest główną barierą dla powszechnego zastosowania.”

Według Basu, który jest również ekspertem w dziedzinie neuromorficznego przetwarzania, “Nasza praca wykazała wykonalność systemu robota, który jest w stanie efektywnie przetwarzać informacje z minimalną ilością przewodów i obwodów. Poprzez redukcję liczby wymaganych elementów elektronicznych, nasz system powinien stać się przystępny i skalowalny. To pomoże przyspieszyć wdrożenie nowej generacji robotów na rynku.”

Nauczanie robota, aby odczuwał ból

Aby nauczyć robota, jak odczuwać ból, zespół oparł się na memtransystorach, które działają jak urządzenia elektroniczne podobne do mózgu. Te urządzenia mają pamięć i możliwość przetwarzania informacji, działając jako sztuczne receptory bólu i synapsy.

Badanie wykazało, jak robot mógł nadal reagować na nacisk nawet po uszkodzeniu. Po “urazie”, takim jak cięcie, robot traci funkcję mechaniczną. Wtedy samonaprawialny żel jonowy wchodzi w grę i powoduje, że robot “zszycie” ranę, podstawowo ją zszywając.

Rohit Abraham John jest pierwszym autorem badań i pracownikiem naukowym w Szkole Nauk o Materiałach i Inżynierii Materiałowej na NTU.

“Samonaprawialne właściwości tych nowych urządzeń pomagają systemowi robota wielokrotnie zszywać się, gdy jest “uszkodzony” cięciem lub zarysowaniem, nawet w temperaturze pokojowej,” mówi John. “To naśladuje sposób, w jaki nasz biologiczny system działa, podobnie jak ludzka skóra goi się sama po cięciu.”

“W naszych testach nasz robot może “przeżyć” i reagować na niezamierzone uszkodzenia mechaniczne wynikające z nieznacznych urazów, takich jak zarysowania i uderzenia, kontynuując skuteczną pracę. Jeśli taki system byłby używany w roboczych warunkach, mógłby przyczynić się do oszczędności w konserwacji.”

Według associate professor Nripan Mathews, który jest współautorem badań i pochodzi ze Szkoły Nauk o Materiałach i Inżynierii Materiałowej na NTU, “Konwencjonalne roboty wykonują zadania w sposób strukturalny i programowy, ale nasze mogą postrzegać swoje otoczenie, ucząc się i dostosowując zachowanie odpowiednio. Większość badaczy koncentruje się na tworzeniu coraz bardziej wrażliwych czujników, ale nie skupiają się na wyzwaniach, jak mogą one podejmować decyzje skutecznie. Takie badania są konieczne, aby następna generacja robotów mogła skutecznie wchodzić w interakcje z ludźmi.”

“W tej pracy nasz zespół podjął nietypowe podejście, stosując nowe materiały do uczenia, urządzenia i metody produkcji, aby roboty mogły naśladować ludzkie funkcje neurobiologiczne. Chociaż jesteśmy jeszcze na etapie prototypu, nasze wyniki ustanowiły ważne ramy dla tej dziedziny, wskazując drogę do przodu dla badaczy, aby rozwiązać te wyzwania.”

Zespół badawczy będzie teraz współpracować z partnerami z przemysłu i laboratoriami badawczymi rządowymi, aby dalej rozwijać system.