Roboții utilizează IA pentru a „simți” durerea și pentru a se repara singuri

Roboții sunt cu un pas mai aproape de a fi mai asemănători cu ființele vii, datorită unei noi dezvoltări în domeniu. Oamenii de știință de la Universitatea Tehnică Nanyang din Singapore (NTU Singapore) au creat un sistem de inteligență artificială care permite roboților să recunoască durerea și să se repare singuri. 

Noul sistem dezvoltat se bazează pe noduri de senzori activate de IA, care procesează „durerea” și apoi răspund la aceasta. Această durere este identificată atunci când este aplicată o forță fizică externă. Cealaltă parte importantă a sistemului este autorepararea. Robotul este capabil să repare daunele, atunci când este vorba de o „rănire” minoră, fără a necesita intervenția umană.

Cercetarea a fost publicată în luna august în revista Nature Communications.

Majoritatea roboților din lume primesc informații despre împrejurimile lor imediate prin intermediul unei rețele de senzori. Cu toate acestea, acești senzori nu procesează informații, ci le trimit către o unitate centrală de procesare. Această unitate centrală de procesare este locul unde are loc învățarea, ceea ce înseamnă că roboții actuali necesită multe fire. Acest sistem duce la timpuri de răspuns mai lungi. 

Pe lângă timpurile de răspuns mai lungi, acești roboți sunt adesea ușor deteriorați și necesită multă întreținere și reparații. 

Noul Sistem

În noul sistem dezvoltat de oamenii de știință, IA este încorporată în rețeaua de noduri de senzori. Există multiple unități de procesare mai mici și mai puțin puternice, la care sunt conectate nodurile de senzori. Acest ansamblu permite ca învățarea să aibă loc local, ceea ce reduce cantitatea de fire necesare și timpul de răspuns. În special, acesta este redus de cinci până la zece ori în comparație cu roboții convenționali.

Sistemul de autoreparare provine din introducerea unui material de gel ion care se autovindecă în sistem. Acest lucru permite roboților să-și recupereze funcțiile mecanice atunci când sunt deteriorați, fără ajutorul oamenilor. 

Profesorul asociat Arindam Basu este coautorul principal al studiului. El provine de la Școala de Inginerie Electrică și Electronică. 

„Pentru ca roboții să lucreze împreună cu oamenii într-o zi, o preocupare este cum să se asigure că vor interacționa în siguranță cu noi. Din acest motiv, oamenii de știință din întreaga lume au găsit modalități de a aduce o senzație de conștientizare la roboți, cum ar fi capacitatea de a „simți” durerea, de a reacționa la aceasta și de a rezista condițiilor de operare aspre. Cu toate acestea, complexitatea asamblării multitudinii de senzori necesari și fragilitatea rezultată a unui astfel de sistem sunt o barieră majoră pentru adoptarea pe scară largă.”

Conform lui Basu, care este și un expert în calcul neuromorfic, „Lucrarea noastră a demonstrat fezabilitatea unui sistem robotic care poate procesa informații eficient cu minim de fire și circuite. Prin reducerea numărului de componente electronice necesare, sistemul nostru ar trebui să devină accesibil și escalabil. Acest lucru va ajuta la accelerarea adoptării unei noi generații de roboți pe piață.” 

Învățarea robotului să simtă durerea

Pentru a învăța robotul cum să simtă durerea, echipa s-a bazat pe memtransistoare, care acționează ca dispozitive electronice „asemănătoare creierului”. Aceste dispozitive pot avea memorie și procesare de informații, acționând ca receptori artificiali de durere și sinapse. 

Studiul a demonstrat cum robotul poate continua să răspundă la presiune chiar și după ce a fost deteriorat. După o „rănire”, cum ar fi o tăietură, robotul pierde funcția mecanică. Atunci este momentul în care materialul de gel ion care se autovindecă intervine și determină robotul să se vindece „rana”, practic cosând-o. 

Rohit Abraham John este autorul principal al studiului și cercetător la Școala de Științe și Inginerie a Materialelor de la NTU.

„Proprietățile de autovindecare ale acestor dispozitive noi ajută sistemul robotic să se coasă singur atunci când este „rănit” cu o tăietură sau o zgârietură, chiar și la temperatura camerei,” spune John. „Acest lucru imită modul în care sistemul nostru biologic funcționează, asemănător cu modul în care pielea umană se vindecă singură după o tăietură.” 

„În testele noastre, robotul nostru poate „supraviețui” și răspunde la deteriorări mecanice neintenționate care rezultă din răniri minore, cum ar fi zgârieturi și lovituri, continuând să funcționeze eficient. Dacă un astfel de sistem ar fi utilizat cu roboți în medii reale, ar putea contribui la economii de întreținere.”

Conform profesorului asociat Nripan Mathews, care este coautorul principal de la Școala de Științe și Inginerie a Materialelor de la NTU, “Roboții convenționali efectuează sarcini într-un mod programat structurat, dar al nostru poate percepe mediul, învăța și adapta comportamentul în consecință. Majoritatea cercetătorilor se concentrează pe crearea de senzori tot mai sensibili, dar nu se concentrează pe provocările legate de modul în care pot lua decizii eficient. O astfel de cercetare este necesară pentru ca următoarea generație de roboți să interacționeze eficient cu oamenii.”

“În această lucrare, echipa noastră a adoptat o abordare neconvențională, aplicând noi materiale de învățare, dispozitive și metode de fabricație pentru roboți care să imite funcțiile neurobiologice umane. Deși încă se află în stadiul de prototip, descoperirile noastre au stabilit cadre importante pentru domeniu, arătând calea înainte pentru cercetători să abordeze aceste provocări.”

Echipa de cercetare va colabora acum cu parteneri din industrie și laboratoare de cercetare guvernamentală pentru a dezvolta în continuare sistemul.