Робототехники могут кое-чему научиться у насекомых, если они хотят построить крошечные машины с искусственным интеллектом, способные двигаться, планировать и взаимодействовать друг с другом.
Шестиногие существа — самые крупные и разнообразные многоклеточные организмы на Земле. Они эволюционировали, чтобы жить во всех видах окружающей среды и демонстрировать различные типы поведения, чтобы выжить, и есть насекомые, которые летают, ползают и плавают.
Насекомые удивительно умны и энергоэффективны, учитывая размер их мозга и тела. Это черты, которыми должны обладать маленькие простые роботы, если они хотят быть полезными в реальном мире, утверждает группа исследователей в статье, опубликованной в журнале Science Robotics в среду.
«Мы утверждаем, что вдохновение от интеллекта насекомых представляет собой важный альтернативный путь к созданию искусственного интеллекта в небольших мобильных роботах», — написали они. «Если нам удастся использовать искусственный интеллект, вдохновленный насекомыми, маленькие роботы смогут решать сложные задачи, не выходя за рамки своего ограниченного бюджета вычислений и памяти».
Робототехники уже создают жукоподобных ботов. Гвидо де Кроон, первый автор исследования и профессор факультета аэрокосмической техники Делфтского технического университета в Нидерландах, помог разработать рой крошечных дронов, предназначенных для обнаружения утечек газа в зданиях. В другом месте исследователи из Вашингтонского университета в США построили первого беспроводного летающего робота с парой крыльев, не намного тяжелее зубочистки, но способного взлетать и приземляться.
Они могут быть не такими впечатляющими по сравнению с более крупными и сложными машинами, но их крошечный размер и простая электроника делают их дешевыми и потенциально полезными для таких приложений, как поиск и спасение, наблюдение или даже опыление. Однако при создании этих машин остаются серьезные проблемы, даже с развитием новомодных алгоритмов искусственного интеллекта, которые обладают передовым компьютерным зрением, планированием и навигацией из-за аппаратных ограничений и ограничений по размеру.
«Многие глубокие нейронные сети, которые разрабатываются для ИИ, в принципе интересны, но пока не смогут работать на маленьких роботах», — сказал нам де Кроон.
«Например, существуют нейронные сети, которые оценивают визуальное движение или распознают объекты. Встроенные компьютеры, созданные для работы с глубокими нейронными сетями, обычно тяжеловесны и потребляют много энергии». Даже самые маленькие графические процессоры, разработанные для встроенной электроники и способные работать с этими моделями ИИ, сейчас слишком тяжелы и энергоемки для небольших летающих роботов, которые должны быть как можно легче.
«В то время как популярный встроенный процессор для глубоких сетей, Nvidia TX 2 весит 85 граммов и потребляет 7,5 Вт. Честно говоря, даже для немного более крупных и тяжелых дронов относительный вес и мощность процессоров для глубоких сетей должны снизиться», — добавил он.
Существуют аппаратные альтернативы, которые, по мнению де Круна и его коллег, являются многообещающими — микроконтроллеры и другие микросхемы для крошечных встраиваемых систем набирают необходимую мощность для выполнения задач машинного обучения, в то время как более футуристические нейроморфные процессоры лучше подходят для более эффективного запуска алгоритмов машинного обучения.
Нейроморфный чип Intel, Loihi, например, привел в действие модель нейронной сети с шипами для управления летающим роботом. Исследователи утверждают, что конечной целью, однако, не обязательно является запуск современного сложного программного обеспечения на новом оборудовании. Реальный прогресс будет достигнут в разработке новых алгоритмов и моделей, способных работать на энергоэффективном оборудовании, встроенном в машины, которые могут воспроизводить интеллект насекомых.
«Основным свойством интеллекта насекомых является его экономия, то есть то, как насекомые используют минималистичные, но надежные решения для достижения успешного поведения в сложных, динамичных, а иногда и враждебных средах», — говорится в статье.
Де Кроон сказал Регистр было «важно читать биологические исследования энтомологов», чтобы найти вдохновение. «Интересно, однако, что это не улица с односторонним движением: пытаясь спроектировать роботизированные системы для выполнения задач, выполняемых насекомыми, мы часто сталкиваемся с проблемами, которые не всегда очевидны при непосредственном изучении животных. Это, в свою очередь, может привести к новым открытиям. идеи в биологии, которые затем можно изучать, работая вместе с энтомологами», — сказал он.
Пытаясь имитировать движение плодовых мушек в одном эксперименте, его команда смогла изучить механизм того, как они взмахивают крыльями во время маневров побега.
Механическое подражание насекомым также будет способствовать развитию других областей робототехники. «Интеллект, подобный насекомому, актуален и для многих других типов роботов, поскольку он обеспечивает надежность при минимальных затратах ресурсов», — заключил он. ®
