Se til insekter, hvis du vil bygge små AI-robotter, der faktisk er smarte

Robotikere kunne lære en ting eller to af insekter, hvis de søger at bygge små AI-maskiner, der er i stand til at flytte, planlægge og samarbejde med hinanden.

De seksbenede væsner er de største og mest forskelligartede flercellede organismer på Jorden. De har udviklet sig til at leve i alle mulige miljøer og udviser forskellige typer adfærd for at overleve, og der er insekter, der flyver, kravler og svømmer.

Insekter er overraskende intelligente og energieffektive i betragtning af størrelsen af ​​deres små hjerner og kroppe. Det er egenskaber, som små simple robotter skal have, hvis de skal være nyttige i den virkelige verden, udtaler en gruppe forskere i et papir. offentliggjort i Science Robotics onsdag.

"Vi hævder, at inspiration fra insektintelligens repræsenterer en vigtig alternativ vej til at opnå kunstig intelligens i små, mobile robotter," skrev de. "Hvis det lykkes os at udnytte insekt-inspireret AI, vil små robotter være i stand til at tackle vanskelige opgaver, mens de holder sig inden for deres begrænsede beregnings- og hukommelsesbudget." 

Robotister bygger allerede fejllignende bots. Guido de Croon, førsteforfatter af undersøgelsen og professor ved fakultetet for Luftfartsteknik ved TU Delft University i Holland, hjalp med at udvikle en sværm af bittesmå droner designet til at opdage gaslækager i bygninger. Andetsteds byggede forskere ved University of Washington i USA den første trådløse flyvende robot, komplet med et par vinger, ikke meget tungere end en tandstikker, men alligevel i stand til at lette og lande.

De er måske ikke så imponerende sammenlignet med større, mere komplekse maskiner, men deres lille størrelse og enkle elektronik gør dem billige og potentielt nyttige til applikationer som eftersøgning og redning, overvågning eller endda bestøvning. Der er stadig betydelige udfordringer med at bygge disse maskiner, selv med fremskridtet af nymodens AI-algoritmer, der har avanceret computersyn, planlægning og navigation på grund af hardware- og størrelsesbegrænsninger. 

"Mange dybe neurale netværk, der udvikles i AI, er i princippet interessante, men vil ikke kunne køre på små robotter endnu," fortalte de Croon os.

"For eksempel er der neurale netværk, der estimerer visuel bevægelse eller genkender objekter. Indlejrede computere lavet til at køre dybe neurale netværk er typisk på den tunge side og ret strømforbrugende." Selv de mindste GPU'er, designet til indlejret elektronik og i stand til at køre disse AI-modeller, er lige nu for tunge og strømkrævende til små flyvende robotter, der skal være så lette som muligt.

“Mens en populær indlejret processor til dybe net, vejer Nvidia TX 2 85 gram og forbruger 7.5 watt. Helt ærligt, selv for lidt større og tungere droner, burde den relative vægt og kraft af dybe net-processorer falde,” tilføjede han.

Der er hardware-alternativer, som de Croon og hans kolleger mener er lovende – mikrocontrollere og andre chips til små indlejrede systemer får det nødvendige pust til at udføre ML-opgaver – mens mere futuristiske neuromorfe processorer er bedre egnede til at køre maskinlæringsalgoritmer mere effektivt. 

Intels neuromorfe chip, Loihidrev for eksempel en spiking neural netværksmodel til at styre en flyvende robot. Slutmålet er dog ikke nødvendigvis at køre nutidens komplekse software på ny hardware, hævdede forskerne. Der vil komme reelle fremskridt med at udvikle nye algoritmer og modeller, der er i stand til at køre på energieffektiv hardware indbygget i maskiner, der kan replikere insektintelligens.

"Hovedegenskaben ved insektintelligens er dens sparsommelighed, det vil sige den måde, hvorpå insekter bruger minimalistiske, men robuste løsninger til at opnå succesfuld adfærd i komplekse, dynamiske og til tider fjendtlige miljøer," ifølge papiret. 

De Croon fortalte Registret det var "vigtigt at læse de biologiske undersøgelser af entomologer" for at finde inspiration. "Interessant nok er det dog ikke en ensrettet gade: Når vi forsøger at designe robotsystemer til at udføre opgaver udført af insekter, støder vi ofte ind i problemer, som ikke altid er tydelige, når vi direkte studerer dyrene. Dette kan igen føre til ny indsigt i biologi, som derefter kan studeres ved at arbejde sammen med entomologer,” sagde han.

Da han forsøgte at efterligne frugtfluers bevægelse i et eksperiment, var hans hold i stand til at studere mekanismen for, hvordan de slog med vingerne under flugtmanøvrer. 

At efterligne insekter mekanisk vil også fremme andre områder inden for robotteknologi. "Insektlignende intelligens er også relevant for mange andre typer robotter, da den giver robusthed, mens den tager så få ressourcer som muligt," konkluderede han. ®