Se til insekter hvis du vil bygge små AI-roboter som faktisk er smarte

Robotikere kan lære en ting eller to av insekter hvis de er ute etter å bygge små AI-maskiner som er i stand til å flytte, planlegge og samarbeide med hverandre.

De seksbeinte skapningene er de største og mest mangfoldige flercellede organismene på jorden. De har utviklet seg til å leve i alle slags miljøer og viser forskjellige typer atferd for å overleve, og det er insekter som flyr, kryper og svømmer.

Insekter er overraskende intelligente og energieffektive gitt størrelsen på deres små hjerner og kropper. Dette er egenskaper som små enkle roboter bør ha hvis de skal være nyttige i den virkelige verden, sa en gruppe forskere i en artikkel publisert i Science Robotics onsdag.

"Vi argumenterer for at inspirasjon fra insektintelligens representerer en viktig alternativ vei for å oppnå kunstig intelligens i små, mobile roboter," skrev de. "Hvis vi lykkes med å utnytte insekt-inspirert AI, vil små roboter kunne takle vanskelige oppgaver mens de holder seg innenfor deres begrensede beregnings- og minnebudsjett." 

Robotikere bygger allerede feillignende roboter. Guido de Croon, førsteforfatter av studien og professor ved fakultetet for luftfartsteknikk ved TU Delft University i Nederland, var med på å utvikle en sverm av bittesmå droner designet for å oppdage gasslekkasjer i bygninger. Andre steder bygde forskere ved University of Washington i USA den første trådløse flygende roboten, komplett med et par vinger, ikke mye tyngre enn en tannpirker, men likevel i stand til å ta av og lande.

De er kanskje ikke så imponerende sammenlignet med større, mer komplekse maskiner, men deres lille størrelse og enkle elektronikk gjør dem billige og potensielt nyttige for applikasjoner som søk og redning, overvåking eller til og med pollinering. Det gjenstår betydelige utfordringer med å bygge disse maskinene, selv med fremgangen til nymotens AI-algoritmer som har avansert datasyn, planlegging og navigasjon på grunn av maskinvare- og størrelsesbegrensninger. 

"Mange dype nevrale nettverk som utvikles i AI er i prinsippet interessante, men vil ikke kunne kjøre på små roboter ennå," fortalte de Croon oss.

"For eksempel er det nevrale nettverk som estimerer visuell bevegelse eller gjenkjenner objekter. Innebygde datamaskiner laget for å kjøre dype nevrale nettverk er vanligvis på den tunge siden og ganske strømkrevende." Selv de minste GPU-ene, designet for innebygd elektronikk og i stand til å kjøre disse AI-modellene, er akkurat nå for tunge og kraftkrevende for små flygende roboter som må være så lette som mulig.

"Mens en populær innebygd prosessor for dype nett, veier Nvidia TX 2 85 gram og bruker 7.5 watt. Ærlig talt, selv for litt større og tyngre droner, bør den relative vekten og kraften til dypnett-prosessorer gå ned," la han til.

Det er maskinvarealternativer som de Croon og kollegene hans mener er lovende – mikrokontrollere og andre brikker for bittesmå innebygde systemer får den nødvendige kraften for å utføre ML-oppgaver – mens mer futuristiske nevromorfe prosessorer er bedre egnet til å kjøre maskinlæringsalgoritmer mer effektivt. 

Intels nevromorfe brikke, Loihidrev for eksempel en spiking nevrale nettverksmodell for å kontrollere en flygende robot. Sluttmålet er imidlertid ikke nødvendigvis å kjøre dagens komplekse programvare på ny maskinvare, hevdet forskerne. Virkelig fremgang vil komme i utviklingen av nye algoritmer og modeller som er i stand til å kjøre på energieffektiv maskinvare innlemmet i maskiner som kan replikere insektintelligens.

"Hovedegenskapen til insektintelligens er dens sparsommelighet, det vil si måten insekter bruker minimalistiske, men robuste løsninger på for å oppnå vellykket oppførsel i komplekse, dynamiske og noen ganger fiendtlige miljøer," ifølge avisen. 

De Croon fortalte Registeret det var "viktig å lese de biologiske studiene av entomologer" for å finne inspirasjon. "Interessant nok er det imidlertid ikke en enveiskjørt gate: Når vi prøver å designe robotsystemer for å utføre oppgaver utført av insekter, møter vi ofte problemer som ikke alltid er tydelige når vi direkte studerer dyrene. Dette kan igjen føre til ny innsikt i biologi, som deretter kan studeres ved å samarbeide med entomologer, sa han.

Da han prøvde å etterligne bevegelsen til fruktfluer i ett eksperiment, klarte teamet hans å studere mekanismen for hvordan de flakset med vingene under rømningsmanøvrer. 

Å etterligne insekter mekanisk vil også fremme andre områder innen robotikk. "Insektlignende intelligens er relevant også for mange andre typer roboter, siden den gir robusthet samtidig som den tar så lite ressurser som mulig," konkluderte han. ®