Технології
Технології

Робот відчув біль та сам загоїв поранення

Реакція робота на зовнішній вплив / Nature Communications, 2020

Реакція робота на зовнішній вплив / Nature Communications, 2020

Вченим вдалося розробити систему, яка дасть змогу роботам відчувати біль. Кілька сенсорних вузлів з децентралізованою мережею “міні-мізків” фіксуватиме пошкодження, а штучний інтелект одразу реагуватиме на них. Також інженери використали іонний гель як м’язи, який може самовідновлюватись за кімнатної температури після невеликих травм. За словами вчених, робот навіть зміг пов’язати травми та структуру поверхні предметів, щоб коригувати свою поведінку з ними. Результати роботи описані у статті, опублікованій в журналі Nature Communications.

Робот дійсно відчуватиме біль?

По суті, “мозок” робота - це система з сенсорними вузлами, яка ідентифікує “біль” - тиск від фізичного впливу та штучний інтелект, який змушує механізми реагувати на нього. Як датчики “болю”, вчені використали трьохконтактні мемрістори Мотта на основі оксиду індію та вольфраму. Це такий собі електронний аналог нейрона, вхідним сигналом для якого є постійна напруга різної амплітуди, в залежності від якої пристрій виробляє пучки імпульсних сигналів, які фіксують поточний стан системи та її зміни.

У робота є два режими. Нормальний, який визначається як відсутність шкідливих стимулів, та аварійний, у який робот переходить після “травми”. Після переходу в другий режим, система підвищує “поріг больового відчуття”, щоб помічати більше імпульсів та сильніше захищати травмовану ділянку. Після трьох тренувань у системи розвинулась асоціація між текстурою поверхні об'єкта, який травмував її, та больовими відчуттями. Наприклад, вона запам’ятала свої відчуття від гострого олівця. Система також дозволяє роботу не лише виявляти, а і усувати власні пошкодження при незначних «травмах» без необхідності втручання людини. Вчені використали “м’язи” з іонного гелю, який може самовідновлюватися, змушуючи молекули взаємодіяти. Ця взаємодія “зшиває” поранене місце та відновлює його функції, зберігаючи при цьому високу чутливість.

Як вченим вдалося це зробити?

Натхненні біологією, інженери намагалися імітувати архітектуру обробки сигналів у робота та обробки даних нервової системи людини, спираючись на нейроморфну, керовану подіями, вибірку тактильного сигналу і асинхронну комунікацію. Їх підхід відрізняється від будови мозку, де мільйони нервових пучків з'єднують периферичну нервову систему з центральною. Створена інженерами “нервова система” робота є децентралізованою та має кілька областей обробки тактильного впливу - процесори, розподілені по шкірі робота. Це означає, що навчання системи відбувається локально, час відгуку робота скорочується в п'ять-десять разів у порівнянні з іншими системами реагування на пошкодження.

Використання самовідновлюваного іонного гелю допомагає роботизованій системі багаторазово “зшивати” пошкоджені порізом чи подряпиною ділянки разом, навіть за кімнатної температури. Це подібно до того, як людська шкіра самостійно загоюється після невеликого порізу. За допомогою лабораторних експериментів дослідницька група продемонструвала як робот може навчитися реагувати на травми в режимі реального часу. Також виявилось, що робот продовжував реагувати на тиск навіть після пошкодження, що підтвердило надійність системи.

Навіщо вченим змушувати техніку “страждати”?

Наприклад, робот-рятівник використовує дані з камери і мікрофона, щоб визначити місцезнаходження людини, яка вижила під уламками, а потім робот витягує людину, керуючись сенсорними датчиками на руках. Промислові роботи використовують зір, щоб направити руку в потрібне місце, і сенсорні датчики на ній. Проте сучасні сенсорні системи зазвичай відправляють дані в один великий і потужний центральний процесор, де і дізнаються інформацію про стан внутрішніх систем робота. Тому вони більш схильні до пошкоджень, зумовлених непоміченими раніше невеликими травмуваннями, що призводить до виходу з експлуатації та довгого ремонту. З цієї причини, вчені шукають способи донести до роботів відчуття болю, щоб вони могли самостійно реагувати на неї і витримувати суворі умови експлуатації.

Також це потрібно для взаємодії людей та роботів в одному середовищі. Тому роботи повинні вміти правильно сприймати зовнішній світ і відповідним чином адаптувати свою поведінку. Тактильне і соматосенсорне сприйняття мають важливе значення для розвитку просторового сприйняття, планування рухів та дій, які дозволять уникати контакту з перешкодами. Звичайні роботи виконують завдання в структурованому та заздалегідь запрограмованому світі, але створена вченими система дасть їм змогу сприймати їх мінливе середовище, навчаючись і адаптуючись до нього.