Робототехніка та фізичний ШІ

Штучні мікророботи вчаться плавати та орієнтуватися за допомогою штучного інтелекту

mm
Додайте Unite.AI до бажаних джерел у Google

Команда дослідників з Університету Санта-Клари, Нью-Джерсі Інституту технологій та Гонконзького університету успішно використали глибоке навчання з підкріпленням, щоб навчити мікророботів плавати. Ця нова розробка є суттєвим кроком вперед у мікроплаванні.

Експерти постійно зосереджені на створенні штучних мікроплавців, які можуть рухатися подібно до природних мікроорганізмів, таких як бактерії. Ці мікроплавці можуть бути використані для різних біомедичних застосунків у майбутньому, таких як цільова доставка ліків та мікрохірургія. Навіть з акцентом на розробці, більшість сучасних штучних мікроплавців можуть виконувати лише прості маневри з фіксованими гайтами.

Нове дослідження було опубліковане в Communications Physics.

Навчання мікроплавців штучним інтелектом

У дослідженні команда вважала, що штучний інтелект може навчити мікроплавців адаптуватися до змінних умов. Мікроплавці, подібно до людей, потребують навчання з підкріпленням та зворотного зв’язку, щоб навчитися плавати, але вони мають особливий набір проблем.

Он Шун Пак – асоційований професор механічної інженерії в Університеті Санта-Клари.

“Плавання на мікрорівні сам по собі є складним завданням”, – сказав Он Шун Пак. “Коли ви хочете, щоб мікроплавець виконував більш складні маневри, проектування їхніх гайтів може швидко стати не підконтрольним.”

Об’єднання штучних нейронних мереж та навчання з підкріпленням

Команда об’єднала штучні нейронні мережі (ШНМ) та навчання з підкріпленням, щоб успішно навчити простий мікроплавець плавати та орієнтуватися у довільному напрямку. Мікроплавець отримує зворотний зв’язок щодо своїх конкретних дій, які він потім використовує для прогресивного навчання плавання на основі свого досвіду взаємодії з середовищем.

Алан Цанг – асистент професора механічної інженерії в Гонконзькому університеті.

“Подібно до людини, яка вчиться плавати, мікроплавець вчиться рухати свої “частини тіла” – у цьому випадку три мікрочастинки та розтяжні зв’язки – щоб самопідштовхуватися та повертатися”, – сказав Цанг. “Він робить це без використання людських знань, лише за допомогою алгоритму машинного навчання.”

Штучний інтелект, що керує плавцем, може перемикатися між різними гайтами адаптивно, що дозволяє йому орієнтуватися у будь-якому напрямку самостійно.

Дослідники продемонстрували потужність мікроплавця, дозволивши йому слідувати складному шляху без явної програми.

Юань-нан Янг – професор математичних наук у Нью-Джерсі Інституті технологій.

“Це наш перший крок у вирішенні проблеми створення мікроплавців, які можуть адаптуватися, як біологічні клітини, у навігації складних середовищ автономно”, – сказав Юань-нан Янг.

Адаптивна поведінка, подібна до цієї, обіцяє багато перспектив для біомедичних застосунків.

Арнольд Матійссен – експерт з мікророботів та біофізики в Університеті Пенсільванії. Він не брав участі у дослідженні.

“Ця робота є ключовим прикладом того, як швидкий розвиток штучного інтелекту може бути використаний для вирішення нерозв’язаних проблем руху в рідинах”, – сказав Матійссен. “Інтеграція між машинним навчанням та мікроплавцями в цій роботі сприятиме подальшим зв’язкам між цими двома високоактивними галузями досліджень.”

Alex очолює новинний підрозділ Unite.AI, що працює на базі ШІ, поєднуючи журналістику, дослідження та автоматизацію для підтримки своєчасного та масштабованого висвітлення штучного інтелекту. Його робота допомагає забезпечити ефективне виявлення нових розробок ШІ, зберігаючи редакційні стандарти видання.