Robot s „hmyzím mozgom“ dokáže ľahko obísť rôzne prekážky
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 16. 2. 2024
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
V dobe čoraz pokročilejšej robotiky sa jeden tím výskumníkov nezvyčajne rozhodol hľadať inšpiráciu v mozgu malého lietajúceho hmyzu veľkosti špendlíkovej hlavičky, aby postavil robota, ktorý sa dokáže obratne vyhnúť kolíziám s veľmi malým úsilím a vynaložením energie.
Malý mozog hmyzu je nepravdepodobným zdrojom biomimikry, no vedci z Groningenskej univerzity v Holandsku a Bielefeldskej univerzity v Nemecku veria, že je to ideálny systém, ktorý sa dá aplikovať na pohyb robotov. Ovocné mušky (Drosophila melanogaster) majú pozoruhodne jednoduché, ale účinné navigačné schopnosti, využívajú len veľmi málo rozumu na rýchle cestovanie po neviditeľných priamych líniách a následne sa prispôsobujú, čiže lietajú v línii pod uhlom doľava alebo doprava, aby sa vyhli prekážkam.
S takým malým mozgom má ovocná muška počas letu k dispozícii obmedzené výpočtové zdroje. Vedci dúfali, že biologický model by sa dal prispôsobiť na použitie v „mozgu“ robota pre efektívny, nízkoenergetický pohybový model vyhýbania sa prekážkam.
„Ako keď ste vo vlaku,“ povedala fyzička Elisabetta Chiccaová z Groningenskej univerzity. „Zdá sa, že stromy v okolí sa pohybujú rýchlejšie ako vzdialené domy. Hmyz tieto informácie používa na odvodenie toho, ako ďaleko sú veci. Čo sa z toho učíme, je: ak nemáte dostatok zdrojov, môžete problém zjednodušiť svojím správaním.“
V mozgoch ovocných mušiek sa pohyb okolitých predmetov spracováva cez optické neuróny T4 a T5. S pomocou neurobiológa Martina Egelhaafa z Bielefeldskej univerzity tím algoritmicky napodobnil túto neurónovú aktivitu v ich „mozgu“ malého robota. To mu poskytlo schopnosť spracovávať smerové informácie, aby sa efektívne pohyboval a vyhýbal sa kolíziám s akýmikoľvek prekážkami na ceste.
„Veľa robotiky sa nezaoberá efektívnosťou,“ povedala Chiccaová. „My ľudia máme tendenciu učiť sa nové úlohy, keď vyrastáme, a v rámci robotiky sa to odráža v súčasnom trende strojového učenia. Hmyz je však schopný lietať okamžite od narodenia. Efektívny spôsob, ako to robiť, je pevne zavedený v ich mozgu.“
Konečným výsledkom je kompaktný robot s jedným hlavným cieľom riadiť sa smerom k oblasti s najmenším zaznamenaným pohybom. Thorben Schoepe z Groningenskej univerzity, ktorý skonštruoval hardvér, podrobil kolesového robota sérii testov a zistil, že sa vycentruje medzi objekty a tiež obratne upraví svoju dráhu, aby sa viedol okolo prekážok podobne, ako by to urobil hmyz počas letu.
„Tento model je taký dobrý,“ povedala Chiccaová, „že akonáhle ho nastavíte, bude fungovať vo všetkých druhoch prostredia. To je krása tohto výsledku.“
Tím verí, že ide o prvú štúdiu svojho druhu, ktorá sa zameriava na vyhýbanie sa prekážkam, a robí obrovský krok vpred vo vývoji neuromorfného hardvéru v robotike. V budúcnosti by sa takýto stroj mohol použiť na navigáciu v neprehľadnom teréne, ako sú miesta katastrof, s extrémne nízkym energetickým výstupom a mohol by byť vybavený rôznymi druhmi senzorov v závislosti od použitia, ako je radar na detekciu objektov bez štruktúry.
„Vyvinuli sme robota inšpirovaného hmyzom,“ povedala Chiccaová. „Má pozoruhodné schopnosti cestovať v hustom teréne, vyhýbať sa kolíziám, prekonávať medzery a vyberať bezpečné priechody. Tieto schopnosti dosahuje neuromorfná sieť, ktorá nasmeruje robota do oblastí s nízkym zdanlivým pohybom. Náš systém využíva znalosti o spracovaní videnia a vyhýbaní sa prekážkam u hmyzu.“
Výskum bol nedávno publikovaný v magazíne Nature Communications.
