Forskare lär robot att navigera i labyrint på egen hand

Medan processorer fungerar som datorns hjärna är de grundläggande olika från den mänskliga hjärnan. Transistorer använder elektroniska signaler för att utföra logiska operationer, medan hjärnan förlitar sig på nervceller som är anslutna via synapser. Hjärnan använder denna signalering för att kontrollera kroppen och uppfatta omgivningen, och den använder en inlärningsprocess för att utlösa reaktionen av kropp/hjärna-systemet när vissa stimuli uppfattas.

Att styra en robot genom en labyrint

En grupp forskare har nu tillämpat denna grundläggande princip för inlärning genom erfarenhet i en förenklad form, och de använde den för att styra en robot genom en labyrint med hjälp av en organisk neuromorfisk krets.

Teamet leddes av Paschalis Gkoupidenis, som är gruppledare i Pail Bloms avdelning vid Max Planck-institutet för polymerforskning. Arbetet var resultatet av ett samarbete mellan universiteten i Eindhoven, Stanford, Brescia, Oxford och KAUST.

Artikeln publicerades i tidskriften Scientific Advances.

Imke Krauhausen är en doktorand i Gkoupidenis’ grupp och vid TU Eindhoven, samt första författare till den publicerade artikeln.

“Vi ville använda denna enkla uppställning för att visa hur kraftfulla sådana ‘organiska neuromorfa enheter’ kan vara i verkliga förhållanden”, sa Krauhausen.

Forskarna matade den smarta adaptiva kretsen med sensoriska signaler från omgivningen för att uppnå navigationen av roboten inuti labyrinten. Vid varje labyrintkorsning indikerades vägen mot utgången, men roboten misstolkar vanligtvis de visuella signalerna och fattar fel beslut innan den går vilse.

Att tillämpa korrektiva stimuli

När roboten fattar dessa felbeslut och hamnar i återvändsgränder, uppmuntras den att inte ta dem genom att få korrektiva stimuli. Till exempel, om roboten kolliderar med en vägg, tillämpas de korrektiva stimuli direkt på den organiska kretsen via elektriska signaler som induceras av en beröringssensor som är fäst på roboten.

Roboten lär sig sedan gradvis att fatta rätt beslut med varje genomförande av experimentet. Detta hjälper den att undvika att få korrektiva stimuli, och den hittar till slut rätt väg ut ur labyrinten. Inlärningsprocessen sker uteslutande på den organiska adaptiva kretsen.

“Vi var verkligen glada att se att roboten kan passera genom labyrinten efter några körningar genom att lära sig på en enkel organisk krets. Vi har visat här en första, mycket enkel uppställning. I en avlägsen framtid hoppas vi dock att organiska neuromorfa enheter också kan användas för lokal och distribuerad dator/inlärning. Detta kommer att öppna upp helt nya möjligheter för tillämpningar inom verklig robotik, människa-maskin-gränssnitt och diagnostik vid vårdgivare. Nya plattformar för snabb prototypning och utbildning, vid skärningspunkten mellan materialvetenskap och robotik, förväntas också att uppstå.” Gkoupidenis säger.