(Вверху слева направо) В состав исследовательской группы NTU входят доцент Нрипан Мэтьюз из Школы материаловедения и инженерии, научный сотрудник Рохит Абрахам Джон и доцент Ариндам Басу из Школы электротехники и электроники.
Используя мозговой подход, ученые из Технологического университета Наньян в Сингапуре (NTU Singapore) разработали способ, позволяющий роботам иметь искусственный интеллект (ИИ) для распознавания боли и самовосстановления при повреждении.
Система имеет сенсорные узлы с поддержкой ИИ для обработки и реагирования на «боль», возникающую из-за давления, оказываемого физической силой. Система также позволяет роботу обнаруживать и устранять собственные повреждения при незначительных «травмах» без необходимости вмешательства человека.
В настоящее время роботы используют сеть датчиков для генерации информации о своем непосредственном окружении. Например, аварийно-спасательный робот использует датчики камеры и микрофона, чтобы определить местонахождение выжившего под обломками, а затем вытаскивает человека, руководствуясь сенсорами на руках. Заводской робот, работающий на сборочной линии, использует зрение, чтобы направить руку в нужное место, и сенсорные датчики, чтобы определить, соскользнет ли объект при поднятии.
Современные датчики обычно не обрабатывают информацию, а отправляют ее в один большой, мощный центральный процессор, где и происходит обучение. В результате существующие роботы обычно сильно подключены, что приводит к задержке времени отклика. Они также подвержены повреждениям, которые потребуют обслуживания и ремонта, который может быть долгим и дорогостоящим.
Новый подход NTU включает ИИ в сеть сенсорных узлов, подключенных к нескольким небольшим, менее мощным процессорам, которые действуют как «мини-мозги», распределенные на коже робота. Это означает, что обучение происходит локально, а требования к проводке и время отклика для робота сокращаются в пять-десять раз по сравнению с обычными роботами, говорят ученые.
Сочетание системы с самовосстанавливающимся ионно-гелевым материалом означает, что роботы в случае повреждения могут восстановить свои механические функции без вмешательства человека.
В системе используется самовосстанавливающийся ионно-гелевый материал, который позволяет роботу восстанавливать свои механические функции без вмешательства человека, когда он «ранен» порезом острым предметом.
Профессор Басу, эксперт по нейроморфным вычислениям, добавил: «Наша работа продемонстрировала возможность создания роботизированной системы, которая способна эффективно обрабатывать информацию с минимальным количеством проводов и схем. За счет сокращения количества необходимых электронных компонентов наша система должна стать доступной. и масштабируемый. Это поможет ускорить внедрение роботов нового поколения на рынок “.
Надежная система позволяет “ раненому ” роботу самостоятельно ремонтировать
Чтобы научить робота распознавать боль и усваивать повреждающие раздражители, исследовательская группа создала мемтранзисторы, электронные устройства типа мозга, способные запоминать и обрабатывать информацию, в качестве искусственных болевых рецепторов и синапсов.
С помощью лабораторных экспериментов исследовательская группа продемонстрировала, как робот может научиться реагировать на травмы в режиме реального времени. Они также показали, что робот продолжал реагировать на давление даже после повреждения, что доказало надежность системы.
Когда робот «ранен» порезом острым предметом, он быстро теряет механическую функцию. Но молекулы в самовосстанавливающемся ионном геле начинают взаимодействовать, заставляя робота «сшивать» свою «рану» вместе и восстанавливать свою функцию, сохраняя при этом высокую чувствительность.
Первый автор исследования Рохит Абрахам Джон, который также является научным сотрудником Школы материаловедения и инженерии NTU, сказал: «Самовосстанавливающиеся свойства этих новых устройств помогают роботизированной системе многократно сшиваться вместе, когда» травмированы »с порезом или царапиной даже при комнатной температуре. Это имитирует работу нашей биологической системы, во многом подобно тому, как человеческая кожа заживает сама по себе после пореза.
«В наших тестах наш робот может« выжить »и отреагировать на непреднамеренные механические повреждения, возникающие в результате незначительных травм, таких как царапины и удары, продолжая при этом эффективно работать. Если бы такая система использовалась с роботами в реальных условиях, она могла бы способствовать экономия на обслуживании “.
Адъюнкт-профессор Нрипан Мэтьюз, со-ведущий автор и сотрудник Школы материаловедения и инженерии НТУ, сказал: «Обычные роботы выполняют задачи структурированным и программируемым образом, но наши могут воспринимать их среду, обучаться и соответственно адаптировать поведение. Большинство исследователей сосредотачиваются на создании все более и более чувствительных датчиков, но не сосредотачиваются на проблемах того, как они могут эффективно принимать решения.Такие исследования необходимы для того, чтобы следующее поколение роботов могло эффективно взаимодействовать с людьми.
«В этой работе наша команда выбрала нестандартный подход, применяя новые учебные материалы, устройства и методы изготовления роботов, чтобы имитировать нейробиологические функции человека. Пока мы все еще на стадии прототипа, наши выводы заложили важные рамки для этой области, указывая исследователям путь вперед для решения этих проблем ».
Основываясь на своей предыдущей работе по нейроморфной электронике, такой как использование активируемых светом устройств для распознавания объектов, исследовательская группа NTU теперь стремится сотрудничать с отраслевыми партнерами и правительственными исследовательскими лабораториями для улучшения своей системы для более масштабного применения.
Источник: NTU Singapore
Фото: NTU Singapore