Roboty používajú AI na „cítenie“ bolesti a samoopravu

Roboty sú o krok bližšie k tomu, aby boli viac ako živé bytosti s novým vývojom v tejto oblasti. Vedci z technologickej univerzity Nanyang v Singapure (NTU Singapur) vytvorili systém AI, ktorý umožňuje robotom rozpoznať bolesť a samočinne sa opraviť. 

Novovyvinutý systém sa spolieha na uzly senzorov s podporou AI, ktoré spracovávajú „bolesť“ a následne na ňu reagujú. Táto bolesť je identifikovaná, keď je tlak vyvolaný vonkajšou fyzickou silou. Ďalšou dôležitou súčasťou systému je samočinná oprava. Robot je schopný opraviť toto poškodenie, keď ide o menšie „zranenie“, a to všetko bez toho, aby sa musel spoliehať na ľudský zásah.

Výskum bol publikovaný v auguste v časopise Nature Communications.

Väčšina súčasných robotov na svete dostáva informácie o svojom bezprostrednom okolí prostredníctvom siete senzorov. Tieto senzory však nespracúvajú informácie, ale posielajú informácie do centrálnej procesorovej jednotky. Táto centrálna procesorová jednotka je miestom, kde prebieha učenie, a to znamená, že súčasné roboty musia mať veľa káblov. Tento systém má za následok dlhší čas odozvy. 

Okrem dlhšej doby odozvy sa tieto roboty často ľahko poškodia a vyžadujú veľa údržby a opráv. 

Nový systém

V novom systéme vyvinutom vedcami je AI zabudovaná do siete senzorových uzlov. Existuje niekoľko menších a menej výkonných procesorových jednotiek, ku ktorým sú pripojené senzorové uzly. Toto nastavenie umožňuje, aby učenie prebiehalo lokálne, čo následne znižuje množstvo potrebných káblov a čas odozvy. Konkrétne sa znižuje päť až desaťkrát v porovnaní s bežnými robotmi.

Samoopravný systém pochádza zo zavedenia samoliečiaceho sa iónového gélového materiálu do systému. To umožňuje robotom obnoviť mechanické funkcie, keď sú poškodené, bez pomoci ľudí. 

Docent Arindam Basu je spoluautorom štúdie. Pochádza zo školy elektrotechniky a elektroniky. 

„Aby roboti jedného dňa mohli spolupracovať s ľuďmi, je dôležité, ako zabezpečiť, aby s nami bezpečne spolupracovali. Z tohto dôvodu vedci na celom svete hľadajú spôsoby, ako vniesť do robotov pocit povedomia, ako napríklad schopnosť „cítiť“ bolesť, reagovať na ňu a vydržať drsné prevádzkové podmienky. Zložitosť zostavovania množstva požadovaných senzorov a výsledná krehkosť takéhoto systému je však hlavnou prekážkou pre široké prijatie.“

Podľa Basu, ktorý je tiež odborníkom na neuromorfné výpočty, „Naša práca preukázala uskutočniteľnosť robotického systému, ktorý je schopný efektívne spracovávať informácie s minimálnym počtom káblov a obvodov. Znížením počtu potrebných elektronických komponentov by sa náš systém mal stať cenovo dostupným a škálovateľným. Pomôže to urýchliť prijatie novej generácie robotov na trh.“ 

Naučte robota cítiť bolesť

S cieľom naučiť robota cítiť bolesť sa tím spoliehal na memtranzistory, ktoré fungujú ako elektronické zariadenia „podobné mozgu“. Tieto zariadenia sú schopné spracovávať pamäť a informácie a fungujú ako umelé receptory bolesti a synapsie. 

Štúdia preukázala, ako dokáže robot reagovať na tlak aj po jeho poškodení. Po „zranení“, napríklad porezaní, robot stráca mechanickú funkciu. Vtedy sa samoliečiaci iónový gél spustí a spôsobí, že robot „ranu“ zahojí, v podstate ju zošíva. 

Rohit Abraham John je prvým autorom štúdie a výskumným pracovníkom na School of Materials Science & Engineering na NTU.

„Samoliečiace vlastnosti týchto nových zariadení pomáhajú robotickému systému opakovane sa spájať, keď sa ‚zrania‘ rezom alebo škrabancom, dokonca aj pri izbovej teplote,“ hovorí John. "Toto napodobňuje, ako funguje náš biologický systém, podobne ako spôsob, akým sa ľudská koža po reze hojí sama." 

„Pri našich testoch dokáže náš robot ‚prežiť‘ a reagovať na neúmyselné mechanické poškodenie spôsobené drobnými zraneniami, ako sú škrabance a nárazy, pričom môže pokračovať v efektívnej práci. Ak by sa takýto systém používal s robotmi v reálnom svete, mohlo by to prispieť k úsporám údržby.“

Podľa docenta Nripana Mathewsa, ktorý je spoluautorom zo School of Materials Science & Engineering na NTU, „Konvenčné roboty vykonávajú úlohy štruktúrovaným programovateľným spôsobom, ale naši dokážu vnímať svoje prostredie, učia sa a podľa toho prispôsobujú svoje správanie. Väčšina výskumníkov sa zameriava na vytváranie stále citlivejších senzorov, ale nezameriava sa na výzvy, ako môžu efektívne rozhodovať. Takýto výskum je potrebný na to, aby budúca generácia robotov mohla efektívne interagovať s ľuďmi.“

„V tejto práci náš tím zvolil zabehnutý prístup, a to aplikáciou nových učebných materiálov, zariadení a výrobných metód pre roboty na napodobňovanie ľudských neurobiologických funkcií. Aj keď sú naše zistenia stále vo fáze prototypu, stanovili dôležité rámce pre túto oblasť a ukázali výskumníkom cestu vpred, ako sa s týmito výzvami vyrovnať.

Výskumný tím sa teraz obráti na partnerov v priemysle a vládnych výskumných laboratóriách s cieľom ďalej napredovať v systéme.