Utilizando un enfoque inspirado en el cerebro, científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur NTU Singapur han desarrollado una forma para que los robots tengan la inteligencia artificial IA para reconocer el dolor y autorrepararse cuando están dañados.
El sistema tiene nodos de sensores habilitados por IA para procesar y responder al 'dolor' que surge de la presión ejercida por una fuerza física. El sistema también permite que el robot detecte y repare su propio daño cuando está levemente 'herido', sin la necesidad deIntervención humana.
Actualmente, los robots usan una red de sensores para generar información sobre su entorno inmediato. Por ejemplo, un robot de rescate en caso de desastre usa sensores de cámara y micrófono para ubicar a un sobreviviente debajo de los escombros y luego saca a la persona con la guía de los sensores táctiles en sus brazos.Un robot de fábrica que trabaja en una línea de montaje utiliza la visión para guiar su brazo a la ubicación correcta y sensores táctiles para determinar si el objeto se resbala cuando lo levanta.
Los sensores actuales normalmente no procesan la información, sino que la envían a una única unidad central de procesamiento grande y potente donde se produce el aprendizaje. Como resultado, los robots existentes suelen estar muy conectados, lo que provoca retrasos en los tiempos de respuesta. También son susceptibles a daños querequerirá mantenimiento y reparación, que pueden ser largos y costosos.
El nuevo enfoque de NTU integra la IA en la red de nodos de sensores, conectados a múltiples unidades de procesamiento pequeñas y menos potentes, que actúan como 'mini cerebros' distribuidos en la piel robótica. Esto significa que el aprendizaje ocurre localmente y los requisitos de cableadoy el tiempo de respuesta del robot se reducen de cinco a diez veces en comparación con los robots convencionales, dicen los científicos.
La combinación del sistema con un tipo de material de gel de iones autocurativo significa que los robots, cuando se dañan, pueden recuperar sus funciones mecánicas sin intervención humana.
La investigación revolucionaria de los científicos de la NTU se publicó en la revista científica revisada por pares Comunicaciones de la naturaleza en agosto.
El coautor principal del estudio, el profesor asociado Arindam Basu de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, dijo: "Para que los robots trabajen junto con los humanos algún día, una preocupación es cómo garantizar que interactúen de manera segura con nosotros.Por esta razón, los científicos de todo el mundo han estado encontrando formas de llevar un sentido de conciencia a los robots, como ser capaces de "sentir" el dolor, reaccionar ante él y soportar las duras condiciones de funcionamiento. Sin embargo, la complejidad de reunir la multitudde sensores necesarios y la fragilidad resultante de dicho sistema es una barrera importante para la adopción generalizada ".
Assoc Prof Basu, quien es un experto en computación neuromórfica, agregó: "Nuestro trabajo ha demostrado la viabilidad de un sistema robótico que es capaz de procesar información de manera eficiente con un mínimo de cableado y circuitos. Al reducir la cantidad de componentes electrónicos requeridos, nuestro sistema debevolverse asequibles y escalables. Esto ayudará a acelerar la adopción de una nueva generación de robots en el mercado ".
El sistema robusto permite que el robot 'lesionado' se repare automáticamente
Para enseñar al robot a reconocer el dolor y aprender los estímulos dañinos, el equipo de investigación diseñó memtransistores, que son dispositivos electrónicos 'parecidos a un cerebro' capaces de procesar la memoria y la información, como receptores de dolor y sinapsis artificiales.
A través de experimentos de laboratorio, el equipo de investigación demostró cómo el robot podía aprender a responder a lesiones en tiempo real. También mostró que el robot seguía respondiendo a la presión incluso después del daño, lo que demuestra la solidez del sistema.
Cuando se 'lesiona' con un corte de un objeto afilado, el robot pierde rápidamente la función mecánica. Pero las moléculas en el gel de iones autorreparables comienzan a interactuar, lo que hace que el robot 'suture' su 'herida' y restauresu función manteniendo una alta capacidad de respuesta.
El primer autor del estudio, Rohit Abraham John, quien también es investigador en la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NTU, dijo: "Las propiedades de autocuración de estos nuevos dispositivos ayudan al sistema robótico a unirse repetidamente.cuando se 'lesiona' con un corte o un rasguño, incluso a temperatura ambiente. Esto imita cómo funciona nuestro sistema biológico, al igual que la forma en que la piel humana se cura por sí sola después de un corte.
"En nuestras pruebas, nuestro robot puede 'sobrevivir' y responder a daños mecánicos involuntarios que surgen de lesiones menores como rasguños y golpes, mientras continúa funcionando de manera efectiva. Si dicho sistema se usara con robots en entornos del mundo real, podríacontribuir al ahorro en mantenimiento ".
El profesor asociado Nripan Mathews, coautor principal y de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NTU, dijo: "Los robots convencionales realizan tareas de una manera programable estructurada, pero los nuestros pueden percibir su entorno, aprender y adaptar el comportamientoen consecuencia. La mayoría de los investigadores se enfocan en hacer sensores cada vez más sensibles, pero no se enfocan en los desafíos de cómo pueden tomar decisiones de manera efectiva. Dicha investigación es necesaria para que la próxima generación de robots interactúe de manera efectiva con los humanos.
"En este trabajo, nuestro equipo ha adoptado un enfoque fuera de lo común, mediante la aplicación de nuevos materiales de aprendizaje, dispositivos y métodos de fabricación para que los robots imiten las funciones neurobiológicas humanas. Mientras aún se encuentra en una etapa de prototipo,Nuestros hallazgos han establecido marcos importantes para el campo, señalando el camino a seguir para que los investigadores aborden estos desafíos ".
Sobre la base de su trabajo anterior sobre electrónica neuromórfica, como el uso de dispositivos activados por luz para reconocer objetos, el equipo de investigación de NTU ahora busca colaborar con socios de la industria y laboratorios de investigación gubernamentales para mejorar su sistema para aplicaciones a mayor escala.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Nanyang . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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