Robotyczna adaptacja: Jak AI naśladuje zwierzęta w nawigacji

Zdolność do adaptacji to kluczowa cecha przetrwania w świecie natury. Zwierzęta, od psów po konie, intuicyjnie zmieniają swój chód, aby oszczędzać energię, utrzymać równowagę lub szybko reagować na zagrożenia. To właśnie ta zdolność stała się inspiracją dla badaczy, którzy stworzyli system sztucznej inteligencji zdolny do przekazania tej naturalnej inteligencji robotom.

Inspiracja biologiczna i głębokie uczenie wzmacniające

Najnowsze badania, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Nature Machine Intelligence”, przedstawiają system AI, który pozwala czworonożnym robotom na autonomiczną zmianę sposobu poruszania się w zależności od napotkanego terenu. Dotychczasowe roboty wymagały precyzyjnych instrukcji dotyczących zmiany kroku, co ograniczało ich użyteczność w nieprzewidywalnych warunkach. Nowy model, opracowany przez badaczy z University of Leeds i University College London (UCL), przekracza te bariery, umożliwiając robotowi – nazwanemu „Clarence” – szybkie przyswajanie strategii ruchowych. Co istotne, proces uczenia się, realizowany w pełni w symulacji, zajmuje zaledwie dziewięć godzin – znacznie szybciej niż dni czy tygodnie potrzebne młodym zwierzętom na opanowanie podobnych umiejętności.

Joseph Humphreys, główny autor badania i doktorant w School of Mechanical Engineering w Leeds, podkreśla, że opracowane ramy pozwalają robotowi na efektywne poruszanie się po zróżnicowanym terenie, takim jak nierówne drewniane belki, rozsypane wióry drzewne czy zarośnięta roślinność, bez konieczności modyfikacji systemu. To osiągnięcie ma potencjalnie zmienić perspektywę kontroli ruchu robotów kroczących, redukując dotychczasowe ograniczenia adaptacyjne.

Od symulacji do rzeczywistości

Kluczowym elementem innowacji jest głębokie uczenie wzmacniające (deep reinforcement learning), które pozwoliło na wdrożenie bio-inspirowanych strategii ruchu. Jak wyjaśnia Humphreys, system uczy się strategii chodu, pamięci proceduralnej chodu oraz adaptacyjnego dostosowywania ruchu. Wszystko to jest trenowane w środowisku wirtualnym, a następnie „wstrzykiwane” w rzeczywistego robota. Porównuje to do sceny z filmu „Matrix”, gdzie Neo natychmiastowo przyswaja umiejętności walki bez fizycznego treningu. Co ważne, testy w świecie rzeczywistym, na nieznanych wcześniej powierzchniach, potwierdziły skuteczność modelu. Robot z powodzeniem pokonał wszystkie wyzwania, wykazując adaptację, która niemal stała się dla niego drugą naturą.

Profesor Zhou z UCL Computer Science, starszy autor badania, wskazuje, że zespół kierował się fundamentalnym pytaniem: co by było, gdyby roboty kroczące mogły poruszać się instynktownie, tak jak zwierzęta? Zamiast programować roboty do konkretnych zadań, badacze dążyli do wyposażenia ich w strategiczną inteligencję, którą zwierzęta wykorzystują do adaptacji chodu – opartą na zasadach równowagi, koordynacji i efektywności energetycznej. To pozwoliło robotom wybierać sposób poruszania się na podstawie warunków w czasie rzeczywistym, a nie sztywnych reguł, umożliwiając bezpieczne i efektywne poruszanie się w nieznanych środowiskach.

Potencjalne zastosowania i etyczne implikacje

Zdolność robotów do adaptacji na nieznanym, złożonym terenie otwiera nowe perspektywy ich wykorzystania w obszarach wysokiego ryzyka. Mowa tu o reagowaniu na katastrofy, eksploracji planetarnej, działaniach rolniczych czy inspekcjach infrastrukturalnych. Wyobraźmy sobie roboty wspomagające akcje ratunkowe w zrujnowanych strefach katastrof, gdzie ryzyko dla człowieka jest zbyt wysokie. To również potencjalny kierunek dla likwidacji zagrożeń nuklearnych lub misji poszukiwawczo-ratowniczych, gdzie niezdolność do adaptacji może prowadzić do tragicznych konsekwencji.

Projekt ten symbolizuje również obiecującą ścieżkę integrowania inteligencji biologicznej z systemami robotycznymi i prowadzenia bardziej etycznych badań nad hipotezami biomechaniki. Zamiast obciążać zwierzęta inwazyjnymi czujnikami lub narażać je na niebezpieczeństwo w celu badania ich reakcji na odzyskanie stabilności, można do tego celu wykorzystać roboty.

Chociaż ramy zostały przetestowane na pojedynczym czworonożnym robocie wielkości psa, leżące u ich podstaw zasady są szeroko stosowalne. Te same, bio-inspirowane metryki mogą być wykorzystane w szerokiej gamie czteronożnych robotów, niezależnie od rozmiaru czy wagi, pod warunkiem, że mają podobną morfologię. W przyszłości zespół ma nadzieję dodać bardziej dynamiczne umiejętności, takie jak skoki na długie dystanse, wspinaczka oraz nawigacja po stromych lub pionowych terenach.

W perspektywie długoterminowej, badacze dążą do rozwoju systemów sztucznej inteligencji osadzonej w robotach, w tym humanoidach, które będą poruszać się, adaptować i wchodzić w interakcję z tą samą płynnością i odpornością, co zwierzęta i ludzie. To kolejny krok w kierunku stworzenia maszyn, które nie tylko wykonują zadania, ale również posiadają swoistą intuicję w interakcji ze światem.