机器人使用 AI 感知疼痛并自我修复

机器人距离成为更像活着的生物又近了一步，最近在该领域取得了一项新进展。来自新加坡南洋理工大学（NTU Singapore）的科学家们创建了一个允许机器人识别疼痛和自我修复的 AI 系统。

新开发的系统依赖于 AI 启用的传感器节点，这些节点处理“疼痛”并对其做出反应。当外部物理力施加压力时，就会识别出这种疼痛。系统的另一个主要部分是自我修复。机器人可以在没有人类干预的情况下修复损伤，当损伤是轻微的“伤害”时。

该研究于八月在《自然通讯》杂志上发表。

大多数当前的机器人通过传感器网络接收有关其周围环境的信息。然而，这些传感器不处理信息，而是将信息发送到中央处理单元。中央处理单元是学习发生的地方，这意味着当前的机器人需要有许多电线。这导致了更长的响应时间。

除了更长的响应时间，这些机器人容易受到损坏，并需要大量的维护和修复。

新系统

在科学家们开发的新系统中，AI 被嵌入到传感器节点网络中。有多个较小、功率较低的处理单元，这些传感器节点连接到这些单元。这种设置允许学习在本地发生，从而减少了所需的电线数量和响应时间。具体来说，与传统机器人相比，响应时间减少了五到十倍。

自我修复系统来自于将自愈离子凝胶材料引入系统。这允许机器人在损坏时恢复机械功能，而无需人类的帮助。

阿林达姆·巴苏教授是该研究的共同首席作者。他来自新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院。

“为了让机器人有一天能够与人类合作，一个问题是如何确保它们能够安全地与我们互动。因此，世界各地的科学家一直在寻找方法来让机器人拥有感知能力，例如能够‘感受到’疼痛，做出反应，并承受恶劣的操作条件。然而，组装所需的众多传感器的复杂性以及此类系统的脆弱性是广泛采用的主要障碍。”

根据巴苏的说法，他也是神经形态计算专家，“我们的工作已经证明了一个能够高效处理信息、最小化电线和电路的机器人系统的可行性。通过减少所需的电子组件数量，我们的系统应该变得经济实惠和可扩展。这将有助于加速新一代机器人在市场上的采用。”

教机器人感知疼痛

为了教机器人感知疼痛，团队依赖于记忆晶体管，这些晶体管作为“类脑”电子设备。这些设备能够记忆和处理信息，作为人工疼痛受体和突触。

该研究表明，机器人即使在损坏后仍能对压力做出反应。在“受伤”后，例如被切割，机器人会失去机械功能。这时，自愈离子凝胶就会发挥作用，并使机器人“愈合”“伤口”，基本上是将其“缝合”起来。

罗希特·亚伯拉罕·约翰是该研究的第一作者，也是新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院的研究员。

“这些新型设备的自愈特性有助于机器人系统在‘受伤’后反复‘缝合’自己，即使在室温下，也能在切割或划伤后继续工作，”约翰说。“这模仿了我们的生物系统的工作方式，就像人类皮肤在切割后能自行愈合一样。”

“在我们的测试中，我们的机器人可以‘生存’并对意外的机械损伤做出反应，例如划伤和碰撞，同时仍能有效地工作。如果这样的系统被用于现实世界中的机器人，它可以为维护带来节省。”

根据来自新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院的共同首席作者尼里潘·马修斯教授的说法，“传统机器人按照结构化的可编程方式执行任务，但我们的机器人可以感知环境，学习和适应行为。大多数研究人员专注于制造更敏感的传感器，但不关注如何有效地做出决定。这种研究对于下一代机器人能够有效地与人类交互是必要的。”

“在这项工作中，我们的团队采取了一种非传统的方法，应用新的学习材料、设备和制造方法，使机器人模仿人类的神经生物功能。虽然仍处于原型阶段，但我们的发现为该领域奠定了重要的框架，指出了研究人员前进的方向，以应对这些挑战。”

研究团队现在将与行业合作伙伴和政府研究实验室合作，以进一步推进该系统的发展。