Titta på insekter om du vill bygga små AI-robotar som faktiskt är smarta

Robotiker kan lära sig ett och annat av insekter om de vill bygga små AI-maskiner som kan flytta, planera och samarbeta med varandra.

De sexbenta varelserna är de största och mest mångsidiga flercelliga organismerna på jorden. De har utvecklats till att leva i alla möjliga miljöer och uppvisar olika typer av beteenden för att överleva och det finns insekter som flyger, kryper och simmar.

Insekter är förvånansvärt intelligenta och energieffektiva med tanke på storleken på deras små hjärnor och kroppar. Det här är egenskaper som små enkla robotar borde ha om de ska vara användbara i den verkliga världen, hävdade en grupp forskare i en artikel publicerade i Science Robotics på onsdag.

"Vi hävdar att inspiration från insektsintelligens representerar en viktig alternativ väg för att uppnå artificiell intelligens i små, mobila robotar", skrev de. "Om vi ​​lyckas utnyttja insektsinspirerad AI kommer små robotar att kunna hantera svåra uppgifter samtidigt som de håller sig inom sin begränsade beräknings- och minnesbudget." 

Robotister bygger redan buggliknande bots. Guido de Croon, första författare till studien och professor vid fakulteten för flygteknik vid TU Delft University i Nederländerna, hjälpte till att utveckla en svärm av små drönare designad för att upptäcka gasläckor i byggnader. På andra håll byggde forskare vid University of Washington i USA den första trådlösa flygande roboten, komplett med ett par vingar, inte mycket tyngre än en tandpetare som ändå kan lyfta och landa.

De kanske inte är så imponerande jämfört med större, mer komplexa maskiner, men deras lilla storlek och enkla elektronik gör dem billiga och potentiellt användbara för tillämpningar som sök och räddning, övervakning eller till och med pollinering. Betydande utmaningar kvarstår dock när det gäller att bygga dessa maskiner, även med utvecklingen av nymodiga AI-algoritmer som har avancerad datorseende, planering och navigering på grund av hårdvaru- och storleksbegränsningar. 

"Många djupa neurala nätverk som utvecklas inom AI är i princip intressanta men kommer inte att kunna köras på små robotar ännu," sa de Croon till oss.

"Till exempel finns det neurala nätverk som uppskattar visuell rörelse eller känner igen objekt. Inbyggda datorer gjorda för att köra djupa neurala nätverk är vanligtvis på den tunga sidan och ganska energikrävande." Till och med de minsta GPU:erna, designade för inbäddad elektronik och kapabla att köra dessa AI-modeller, är just nu för tunga och krafthungriga för små flygande robotar som måste vara så lätta som möjligt.

"Medan Nvidia TX 2 är en populär inbäddad processor för djupa nät, väger den 85 gram och förbrukar 7.5 watt. Ärligt talat, även för lite större och tyngre drönare, borde den relativa vikten och kraften hos processorer med djupa nät minska, tillade han.

Det finns hårdvarualternativ som de Croon och hans kollegor tror är lovande – mikrokontroller och andra kretsar för små inbyggda system får den nödvändiga kraften för att utföra ML-uppgifter – medan mer futuristiska neuromorfa processorer är bättre lämpade för att köra maskininlärningsalgoritmer mer effektivt. 

Intels neuromorfa chip, Loihi, till exempel, drev en spikande neural nätverksmodell för att styra en flygande robot. Slutmålet är dock inte nödvändigtvis att köra dagens komplexa mjukvara på ny hårdvara, hävdade forskarna. Verkliga framsteg kommer att komma när det gäller att utveckla nya algoritmer och modeller som kan köras på energieffektiv hårdvara inbyggd i maskiner som kan replikera insektsintelligens.

"Den huvudsakliga egenskapen hos insektsintelligens är dess sparsamhet, det vill säga sättet på vilket insekter använder minimalistiska men robusta lösningar för att uppnå framgångsrikt beteende i komplexa, dynamiska och ibland fientliga miljöer," enligt tidningen. 

De Croon berättade Registret det var "viktigt att läsa de biologiska studierna av entomologer" för att hitta inspiration. "Intressant nog är det dock inte en enkelriktad gata: När vi försöker designa robotsystem för att utföra uppgifter som utförs av insekter, stöter vi ofta på problem som inte alltid är uppenbara när vi direkt studerar djuren. Detta kan i sin tur leda till nya insikter i biologi, som sedan kan studeras genom att arbeta tillsammans med entomologer, säger han.

När han försökte efterlikna fruktflugornas rörelse i ett experiment kunde hans team studera mekanismen för hur de flaxade med vingarna under flyktmanövrar. 

Att efterlikna insekter mekaniskt kommer också att främja andra områden inom robotik. "Insektsliknande intelligens är relevant även för många andra typer av robotar, eftersom det ger robusthet samtidigt som det tar så lite resurser som möjligt", avslutade han. ®