Căutați la insecte dacă doriți să construiți roboți minusculi AI care sunt de fapt inteligenți

Robotiștii ar putea învăța un lucru sau două de la insecte dacă doresc să construiască mașini minuscule AI capabile să se miște, să planifice și să coopereze între ele.

Creaturile cu șase picioare sunt cele mai mari și mai diverse organisme multicelulare de pe Pământ. Ei au evoluat pentru a trăi în tot felul de medii și prezintă diferite tipuri de comportamente pentru a supraviețui și există insecte care zboară, se târăsc și înoată.

Insectele sunt surprinzător de inteligente și eficiente din punct de vedere energetic, având în vedere dimensiunea creierului și a corpului lor mic. Acestea sunt trăsături pe care micii roboți simpli ar trebui să le aibă dacă vor fi utili în lumea reală, a afirmat un grup de cercetători într-o lucrare. publicat în Robotică științifică miercuri.

„Susținem că inspirația din inteligența insectelor reprezintă o cale alternativă importantă pentru obținerea inteligenței artificiale în roboți mici, mobili”, au scris ei. „Dacă reușim să valorificăm inteligența artificială inspirată de insecte, roboții mici vor putea face față sarcinilor dificile, păstrând în același timp bugetul lor limitat de calcul și memorie.” 

Robotiștii construiesc deja roboți asemănătoare unor bug-uri. Guido de Croon, primul autor al studiului și profesor la Facultatea de Inginerie Aerospațială a Universității TU Delft din Țările de Jos, a ajutat la dezvoltarea unui roi de drone minuscule concepute pentru a detecta scurgerile de gaze în clădiri. În altă parte, cercetătorii de la Universitatea din Washington din SUA au construit primul robot zburător fără fir, complet cu o pereche de aripi, nu mult mai grele decât o scobitoare, dar capabilă să decoleze și să aterizeze.

Poate că nu sunt atât de impresionante în comparație cu mașinile mai mari și mai complexe, dar dimensiunile lor mici și electronicele simple le fac ieftine și potențial utile pentru aplicații precum căutare și salvare, supraveghere sau chiar polenizare. Cu toate acestea, rămân provocări semnificative în construirea acestor mașini, chiar și cu avansul noilor algoritmi AI care au viziune, planificare și navigare avansate pe computer din cauza constrângerilor de hardware și dimensiune. 

„Multe rețele neuronale profunde care sunt dezvoltate în IA sunt în principiu interesante, dar nu vor putea încă rula pe roboți mici”, ne-a spus de Croon.

„De exemplu, există rețele neuronale care estimează mișcarea vizuală sau recunosc obiecte. Calculatoarele încorporate create pentru a rula rețele neuronale profunde sunt, de obicei, grele și consumatoare de energie.” Chiar și cele mai mici GPU-uri, concepute pentru electronice încorporate și capabile să ruleze aceste modele AI, sunt acum prea grele și au nevoie de putere pentru roboții mici zburători care trebuie să fie cât mai ușori posibil.

„În timp ce este un procesor încorporat popular pentru rețele adânci, Nvidia TX 2 cântărește 85 de grame și consumă 7.5 wați. Sincer, chiar și pentru dronele ceva mai mari și mai grele, greutatea relativă și puterea procesoarelor deep net ar trebui să scadă”, a adăugat el.

De Croon și colegii săi consideră că există alternative hardware promițătoare – microcontrolerele și alte cipuri pentru sistemele încorporate minuscule câștigă puterea necesară pentru îndeplinirea sarcinilor ML – în timp ce procesoarele neuromorfe mai futuriste sunt mai potrivite pentru a rula algoritmii de învățare automată mai eficient. 

Cipul neuromorf al Intel, Loihi, de exemplu, a alimentat un model de rețea neuronală în creștere pentru a controla un robot zburător. Scopul final, însă, nu este neapărat să ruleze software-ul complex de astăzi pe hardware nou, au susținut cercetătorii. Un progres real va veni în dezvoltarea de noi algoritmi și modele capabile să ruleze pe hardware eficient din punct de vedere energetic încorporat în mașini care pot replica inteligența insectelor.

„Principala proprietate a inteligenței insectelor este parcimonia sa, adică modul în care insectele folosesc soluții minimaliste, dar robuste, pentru a obține un comportament de succes în medii complexe, dinamice și uneori ostile”, potrivit lucrării. 

a spus De Croon Registrul a fost „important să citești studiile biologice ale entomologilor” pentru a găsi inspirație. „Interesant, totuși, nu este o stradă cu sens unic: atunci când încercăm să proiectăm sisteme robotizate pentru îndeplinirea sarcinilor efectuate de insecte, adesea ne confruntăm cu probleme care nu sunt întotdeauna evidente atunci când studiem direct animalele. Acest lucru, la rândul său, poate duce la noi perspective în biologie, care pot fi apoi studiate lucrând împreună cu entomologi”, a spus el.

Când a încercat să imite mișcarea muștelor de fructe într-un experiment, echipa sa a reușit să studieze mecanismul modului în care aceștia bateau aripile în timpul manevrelor de evadare. 

Mimarea mecanică a insectelor va avansa și în alte domenii ale roboticii. „Inteligenta asemănătoare insectelor este relevantă și pentru multe alte tipuri de roboți, deoarece aduce robustețe, luând cât mai puține resurse posibil”, a concluzionat el. ®