Sztuczna inteligencja projektuje roboty przyszłości. Narzędzie optymalizuje wydajność i funkcjonalność.

Roboty, które potrafią zmieniać swój kształt, od dawna fascynują inżynierów i projektantów. Od hełmów dopasowujących się do uderzeń po roboty pokonujące ciasne przestrzenie – możliwości są ogromne. Jednak projektowanie takich maszyn jest niezwykle skomplikowane. Im bardziej złożone zadanie, tym bardziej rośnie liczba elementów sterujących, co drastycznie zwiększa trudność kontroli nad całością.

Zespół naukowców z UC Berkeley pod kierownictwem Lining Yao znalazł rozwiązanie tego problemu. Stworzyli oni system oparty na algorytmach genetycznych, który automatyzuje i optymalizuje projektowanie robotów o zmiennej geometrii. Ich praca, opublikowana w prestiżowym czasopiśmie „Nature Communications”, pokazuje, jak sztuczna inteligencja może pomóc w tworzeniu robotów o niezwykłych zdolnościach przy jednoczesnym uproszczeniu ich sterowania.

„Wykorzystując algorytm genetyczny, nasza metoda optymalizacji jest w stanie określić minimalną liczbę jednostek sterujących potrzebnych do wykonania zadanych zadań”, wyjaśnia Yao. „Dzięki temu można automatycznie zaprojektować robota, który spełni wszystkie cele – takie jak przekształcanie się w określone kształty, poruszanie się tak szybko, jak to możliwe i chwytanie piłki”.

Naukowcy wykorzystali swoje narzędzie do stworzenia kilku prototypów, w tym czworonożnego robota, hełmu zmieniającego kształt, robota kroczącego wzorowanego na homarze i przypominającego mackę aktuatora. Testy pokazały, że roboty zaprojektowane przez sztuczną inteligencję potrafią wykonywać złożone adaptacje kształtu przy użyciu minimalnej liczby elementów sterujących. Algorytm był w stanie wskazać optymalną liczbę jednostek sterujących, po przekroczeniu której dalsze zwiększanie kontroli nie przynosiło znaczących korzyści.

Jianzhe Gu, główny autor badania, tłumaczy, że inspiracją była synergia mięśni w biologii, gdzie złożoność jest opanowywana poprzez skoordynowane grupy, a nie indywidualne sterowanie. Przeniesienie tego konceptu na robotykę pozwoliło na osiągnięcie skalowalnych transformacji wolumetrycznych i ruchowych przy użyciu zaledwie kilku jednostek sterujących.

Obecnie system wymaga wstępnego wkładu ze strony projektanta, który określa pożądane kształty i zachowania robota. W przyszłości naukowcy planują zintegrować go z generatywnym systemem projektowania opartym na dużych modelach językowych. Yao ma wizję, w której wystarczy zeskanować głowę, a algorytm sam zaprojektuje idealnie dopasowany hełm, uwzględniając potencjalne sytuacje, w których będzie on używany.

Yao uważa, że projektowanie z wykorzystaniem sztucznej inteligencji może zmienić nasze postrzeganie robotów i ich roli w życiu codziennym. Wyobraża sobie przyszłość, w której powstanie cała nowa generacja robotów o zmiennym kształcie, a ich funkcjonalność będzie ograniczona jedynie wyobraźnią projektantów. Jednym z pomysłów są prześcieradła szpitalne wykonane z setek jednostek, które mogą automatycznie zmieniać kształt, obracać pacjenta, a nawet masować jego ciało.

„Projektując te roboty za pomocą sztucznej inteligencji, możemy potencjalnie mieć tak wiele stopni swobody, z tak wieloma indywidualnymi kratownicami i znacznie większą sterowalnością pod względem kształtu, między którymi roboty mogą się przełączać”, podsumowuje Yao. „Dzięki temu przedmioty codziennego użytku, takie jak odzież, prześcieradła, krzesła – wszystko to – wkrótce mogą zyskać zdolność do zmiany kształtu i funkcjonowania jak roboty”.