מוח 'כמו אנושי' עוזר לרובוט לצאת ממבוך

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


מבוך הוא מכשיר פופולרי בקרב פסיכולוגים להערכת יכולת הלמידה של עכברים או חולדות. אבל מה לגבי רובוטים? האם הם יכולים ללמוד לנווט בהצלחה בפיתולים של מבוך? כעת, חוקרים מאוניברסיטת איינדהובן לטכנולוגיה (TU/e) בהולנד ומכון מקס פלנק לחקר פולימרים במיינץ, גרמניה, הוכיחו שהם יכולים. הרובוט שלהם מבסס את החלטותיו על עצם המערכת שבה משתמשים בני אדם כדי לחשוב ולפעול: המוח. המחקר, שפורסם ב-Science Advances, סולל את הדרך ליישומים חדשים ומלהיבים של מכשירים נוירומורפיים בבריאות ומחוצה לה.

למידת מכונה ורשתות עצביות הפכו לכל הדעות בשנים האחרונות, ומובן בהחלט, בהתחשב בהצלחותיהן הרבות בזיהוי תמונות, אבחון רפואי, מסחר אלקטרוני ותחומים רבים אחרים. עם זאת, לגישה מבוססת תוכנה זו לבינת מכונה יש חסרונות, לא מעט בגלל שהיא צורכת כל כך הרבה

מחקה את המוח האנושי

בעיית החשמל הזו היא אחת הסיבות שחוקרים ניסו לפתח מחשבים הרבה יותר חסכוניים באנרגיה. וכדי למצוא פתרון רבים מוצאים השראה במוח האנושי, מכונת חשיבה שאין לה מתחרים בצריכת החשמל הנמוכה שלה בשל האופן שבו היא משלבת זיכרון ועיבוד.

נוירונים במוח שלנו מתקשרים זה עם זה באמצעות מה שנקרא סינפסות, שמתחזקות בכל פעם שמידע זורם דרכם. הפלסטיות הזו היא שמבטיחה שבני אדם זוכרים ולומדים.

"במחקר שלנו, לקחנו את המודל הזה לפיתוח רובוט שמסוגל ללמוד לנוע במבוך", ​​מסביר Imke Krauhausen, דוקטורנט במחלקה להנדסת מכונות ב-TU/e והמחבר הראשי של המאמר.

"כמו שסינפסה במוח של עכבר מתחזקת בכל פעם שהיא עושה את הסיבוב הנכון במבוך של פסיכולוג, המכשיר שלנו 'מכוון' על ידי הפעלת כמות מסוימת של חשמל. על ידי כוונון ההתנגדות במכשיר, אתה משנה את המתח שולטים במנועים. הם בתורם קובעים אם הרובוט פונה ימינה או שמאלה".

אז איך זה עובד?

הרובוט שבו השתמשו קראהאוזן ועמיתיה למחקר שלהם הוא Mindstorms EV3, ערכת רובוטיקה מתוצרת לגו. מצויד בשני גלגלים, תוכנת הנחייה מסורתית כדי לוודא שהוא יכול לעקוב אחר קו, ומספר חיישני החזר ומגע, הוא נשלח לתוך 2 מ'2 מבוך גדול המורכב ממשושים עם קו שחור בדוגמה דמוית חלת דבש.

הרובוט מתוכנת לפנות ימינה כברירת מחדל. בכל פעם שהוא מגיע למבוי סתום או סוטה מהנתיב המיועד ליציאה (שמסומן על ידי רמזים חזותיים), הוא נאמר או לחזור או לפנות שמאלה. הגירוי המתקן הזה נזכר במכשיר הנוירומורפי למאמץ הבא.

"בסופו של דבר, נדרשו לרובוט שלנו 16 ריצות כדי למצוא את היציאה בהצלחה", אומר קרוהאוזן. "ויתרה מכך, ברגע שהוא למד לנווט במסלול הספציפי הזה (נתיב יעד 1), הוא יכול לנווט בכל נתיב אחר שהוא נתון במכה אחת (נתיב יעד 2). אז הידע שהוא רכש ניתן להכללה".

חלק מהצלחת היכולת של הרובוט ללמוד ולצאת מהמבוך טמון באינטגרציה הייחודית של חיישנים ומנועים, על פי קראהאוזן, ששיתף פעולה הדוק עם מכון מקס פלנק לחקר פולימרים במיינץ לצורך מחקר זה. "השילוב הסנסומוטורי הזה, שבו חוש ותנועה מחזקים אחד את השני, הוא גם מאוד איך הטבע פועל, אז זה מה שניסינו לחקות ברובוט שלנו."

פולימרים חכמים

דבר חכם נוסף במחקר הוא החומר האורגני המשמש לרובוט הנוירומורפי. פולימר זה (המכונה p(g2T-TT)) אינו רק יציב, אלא הוא גם מסוגל 'לשמור' על חלק גדול מהמצבים הספציפיים שבהם הוא מכוון במהלך הריצות השונות במבוך. זה מבטיח שההתנהגות הנלמדת 'נדבקת', בדיוק כמו נוירונים וסינפסות במוח אנושי זוכרים אירועים או פעולות.

השימוש בפולימר במקום בסיליקון בתחום המחשוב הנוירומורפי היה חלוצים על ידי Paschalis Gkoupidenis ממכון מקס פלנק לחקר פולימרים במיינץ ויורי ואן דה בורגט מ-TU/e, שניהם מחברי המאמר.

במחקרם (שנתונים מ-2015 ו-2017), הם הוכיחו שניתן לכוון את החומר בטווח הולכה גדול בהרבה מחומרים אנאורגניים, וכי הוא מסוגל 'לזכור' או לאחסן מצבים נלמדים לתקופות ממושכות. מאז, מכשירים אורגניים הפכו לנושא חם בתחום רשתות עצבים מלאכותיות מבוססות חומרה.

ידיים ביוניות

לחומרים פולימריים יש גם יתרון נוסף שהם יכולים לשמש ביישומים ביו-רפואיים רבים. "בגלל הטבע האורגני שלהם, המכשירים החכמים האלה יכולים להיות משולבים באופן עקרוני עם תאי עצב ממשיים. נניח שאיבדת את היד שלך במהלך פציעה. אז אתה יכול להשתמש במכשירים האלה כדי לקשר את הגוף שלך ליד ביונית", אומר קרוהאוזן.

יישום מבטיח נוסף של מחשוב נוירומורפי אורגני טמון בהתקני מחשוב קצה קטנים שבהם נתונים מחיישנים מעובדים באופן מקומי מחוץ לענן. ואן דה בורגט: "זה המקום שבו אני רואה את המכשירים שלנו הולכים בעתיד, החומרים שלנו יהיו מאוד שימושיים כי הם קלים לכיוון, צורכים הרבה פחות חשמל וזולים להכנה."

אז האם רובוטים נוירומורפיים יוכלו יום אחד לשחק משחק כדורגל, בדיוק כמו רובוטי הכדורגל של TU/e?

קרוהאוזן: "באופן עקרוני, זה בהחלט אפשרי. אבל יש עוד דרך ארוכה לעבור. הרובוטים שלנו עדיין מסתמכים בחלקו על תוכנה מסורתית כדי לנוע. וכדי שהרובוטים הנוירומורפיים יבצעו משימות מורכבות באמת, אנחנו צריכים לבנות רשתות נוירומורפיות שבהן מכשירים רבים עובדים יחד ברשת. זה משהו שאני אעבוד עליו בשלב הבא של מחקר הדוקטורט שלי".

מוח 'כמו אנושי' עוזר לרובוט לצאת ממבוך: https://www.youtube.com/watch?v=O05YVljxrtg

.



קישור לכתבת המקור – 2021-12-10 21:07:17

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר