Schauen Sie sich Insekten an, wenn Sie winzige KI-Roboter bauen möchten, die tatsächlich intelligent sind

Robotiker könnten ein oder zwei Dinge von Insekten lernen, wenn sie versuchen, winzige KI-Maschinen zu bauen, die in der Lage sind, sich zu bewegen, zu planen und miteinander zu kooperieren.

Die Sechsbeiner sind die größten und artenreichsten vielzelligen Organismen der Erde. Sie haben sich so entwickelt, dass sie in allen möglichen Umgebungen leben und unterschiedliche Verhaltensweisen zeigen, um zu überleben, und es gibt Insekten, die fliegen, kriechen und schwimmen.

Insekten sind angesichts der Größe ihrer kleinen Gehirne und Körper überraschend intelligent und energieeffizient. Dies sind Eigenschaften, die kleine einfache Roboter haben sollten, wenn sie in der realen Welt nützlich sein sollen, postulierte eine Gruppe von Forschern in einem Artikel veröffentlicht in Science Robotics am Mittwoch.

„Wir argumentieren, dass die Inspiration durch Insektenintelligenz einen wichtigen alternativen Weg darstellt, um künstliche Intelligenz in kleinen, mobilen Robotern zu erreichen“, schrieben sie. „Wenn es uns gelingt, von Insekten inspirierte KI zu nutzen, werden kleine Roboter in der Lage sein, schwierige Aufgaben zu bewältigen und dabei ihr begrenztes Rechen- und Speicherbudget einzuhalten.“ 

Robotiker bauen bereits käferähnliche Bots. Guido de Croon, Erstautor der Studie und Professor an der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik der TU Delft in den Niederlanden, half bei der Entwicklung von a Schwarm winziger Drohnen entwickelt, um Gaslecks in Gebäuden zu erkennen. An anderer Stelle bauten Forscher der University of Washington in den USA den ersten drahtlosen Flugroboter, komplett mit zwei Flügeln, nicht viel schwerer als ein Zahnstocher, aber in der Lage, zu starten und zu landen.

Sie sind im Vergleich zu größeren, komplexeren Maschinen vielleicht nicht so beeindruckend, aber ihre winzige Größe und einfache Elektronik machen sie billig und potenziell nützlich für Anwendungen wie Suche und Rettung, Überwachung oder sogar Bestäubung. Beim Bau dieser Maschinen bleiben jedoch erhebliche Herausforderungen bestehen, selbst mit dem Fortschritt neumodischer KI-Algorithmen, die aufgrund von Hardware- und Größenbeschränkungen über fortschrittliche Computervision, Planung und Navigation verfügen. 

„Viele tiefe neuronale Netze, die in der KI entwickelt werden, sind im Prinzip interessant, werden aber noch nicht auf kleinen Robotern laufen können“, sagte uns de Croon.

„Zum Beispiel gibt es neuronale Netze, die visuelle Bewegungen schätzen oder Objekte erkennen. Eingebettete Computer, die für den Betrieb tiefer neuronaler Netze entwickelt wurden, sind normalerweise schwerfällig und verbrauchen ziemlich viel Strom.“ Selbst die kleinsten GPUs, die für eingebettete Elektronik entwickelt wurden und diese KI-Modelle ausführen können, sind derzeit zu schwer und leistungshungrig für kleine Flugroboter, die so leicht wie möglich sein müssen.

„Obwohl ein beliebter Embedded-Prozessor für tiefe Netze, wiegt der Nvidia TX 2 85 Gramm und verbraucht 7.5 Watt. Ehrlich gesagt, selbst für etwas größere und schwerere Drohnen sollten das relative Gewicht und die Leistung von Deep-Net-Prozessoren sinken“, fügte er hinzu.

Es gibt Hardware-Alternativen, die de Croon und seine Kollegen für vielversprechend halten – Mikrocontroller und andere Chips für winzige eingebettete Systeme gewinnen den nötigen Schwung, um ML-Aufgaben auszuführen – während futuristischere neuromorphe Prozessoren besser geeignet sind, Algorithmen für maschinelles Lernen effizienter auszuführen. 

Intels neuromorpher Chip, Loihi, zum Beispiel, versorgte ein neuronales Netzwerkmodell mit Spitzen, um einen fliegenden Roboter zu steuern. Das Endziel besteht jedoch nicht unbedingt darin, die heutige komplexe Software auf neuer Hardware auszuführen, argumentierten die Forscher. Echte Fortschritte werden bei der Entwicklung neuartiger Algorithmen und Modelle erzielt, die auf energieeffizienter Hardware laufen können, die in Maschinen integriert ist, die Insektenintelligenz replizieren können.

„Die Haupteigenschaft der Insektenintelligenz ist ihre Sparsamkeit, d. h. die Art und Weise, wie Insekten minimalistische, aber robuste Lösungen verwenden, um ein erfolgreiches Verhalten in komplexen, dynamischen und manchmal feindlichen Umgebungen zu erzielen“, heißt es in dem Papier. 

De Croon erzählt Das Register Es sei „wichtig, die biologischen Studien von Entomologen zu lesen“, um Inspiration zu finden. „Interessanterweise ist es aber keine Einbahnstraße: Wenn wir versuchen, Robotersysteme für die Aufgaben von Insekten zu konstruieren, stoßen wir oft auf Probleme, die bei der direkten Untersuchung der Tiere nicht immer offensichtlich sind. Dies wiederum kann zu neuen Erkenntnissen in der Biologie führen, die dann in Zusammenarbeit mit Entomologen untersucht werden können“, sagte er.

Bei dem Versuch, die Bewegung von Fruchtfliegen in einem Experiment nachzuahmen, konnte sein Team den Mechanismus untersuchen, wie sie bei Fluchtmanövern mit den Flügeln schlagen. 

Die mechanische Nachahmung von Insekten wird auch andere Bereiche der Robotik voranbringen. „Insektenähnliche Intelligenz ist auch für viele andere Arten von Robotern relevant, da sie Robustheit bringt und dabei so wenig Ressourcen wie möglich verbraucht“, schloss er. ®