Naukowcy z King’s College London stworzyli oparty na ciśnieniu, pozbawiony prądu system sterowania robotem, który umożliwia zaawansowaną sztuczną inteligencję i autonomiczne funkcjonowanie, torując drogę wszechstronnym, adaptacyjnym robotom odpowiednim do środowisk o niskim poborze mocy i wyspecjalizowanych.
Inżynierowie opracowali metodę wydawania robotom złożonych instrukcji bez użycia prądu, potencjalnie uwalniając więcej miejsca w „mózgu” robota, aby mogły „myśleć”.
Naśladując działanie niektórych części ludzkiego ciała, naukowcy z King’s College London przekazali serię poleceń do urządzeń wyposażonych w nowy rodzaj kompaktowego obwodu, wykorzystując zmiany ciśnienia płynu znajdującego się w nim.
Mówią, że ten świat po raz pierwszy otwiera możliwość nowej generacji robotów, których ciała mogłyby działać niezależnie od wbudowanego centrum sterowania, a przestrzeń ta mogłaby zostać potencjalnie wykorzystana do bardziej złożonego oprogramowania opartego na sztucznej inteligencji.
„Delegowanie zadań do różnych części ciała uwalnia przestrzeń obliczeniową, w której roboty mogą „myśleć”, dzięki czemu przyszłe pokolenia robotów będą bardziej świadome swojego kontekstu społecznego i będą jeszcze bardziej zręczne. Otwiera to drzwi dla nowego rodzaju robotyki w miejscach takich jak opieka społeczna i produkcja” – powiedział dr Antonio Forte, starszy wykładowca inżynierii w King’s College w Londynie i główny autor badania.
Wyniki opublikowane w Zaawansowana nauka mogłoby również umożliwić stworzenie robotów zdolnych do działania w sytuacjach, w których urządzenia zasilane energią elektryczną nie mogą działać, np. podczas poszukiwań w obszarach napromieniowanych, takich jak Czarnobyl, które niszczą obwody, oraz w środowiskach wrażliwych na elektryczność, takich jak pomieszczenia do rezonansu magnetycznego.
Naukowcy mają także nadzieję, że roboty te będą mogły ostatecznie zostać wykorzystane w krajach o niskich dochodach, które nie mają niezawodnego dostępu do energii elektrycznej.
Rozszerzanie możliwości robotycznych w warunkach niskich zasobów
Dr Forte powiedział: „Mówiąc prościej, roboty dzielą się na dwie części: mózg i ciało. Mózg sztucznej inteligencji może pomóc w zarządzaniu systemem ruchu w mieście, ale wiele robotów nadal ma trudności z otwarciem drzwi – dlaczego tak się dzieje?
„W ostatnich latach oprogramowanie szybko się rozwinęło, ale sprzęt nie nadąża za nim. Tworząc system sprzętowy niezależny od działającego na nim oprogramowania, możemy przenieść dużą część obciążenia obliczeniowego na sprzęt, w ten sam sposób, w jaki mózg nie musi nakazać sercu bić”.
Obecnie funkcjonowanie wszystkich robotów opiera się na energii elektrycznej i chipach komputerowych. Robotyczny „mózg” złożony z algorytmów i oprogramowania tłumaczy informacje na ciało lub sprzęt za pośrednictwem kodera, który następnie wykonuje działanie.
W „miękkiej robotyce” – dziedzinie, która tworzy urządzenia przypominające mięśnie robota z miękkich materiałów – jest to szczególnie problematyczne, ponieważ wprowadza twarde elektroniczne kodery i obciąża oprogramowanie, aby materiał działał w złożony sposób, np. chwytał drzwi uchwyt.
Aby obejść ten problem, zespół opracował konfigurowalny obwód z regulowanym zaworem, który można umieścić w sprzęcie robota. Zawór ten działa jak tranzystor w normalnym obwodzie, a inżynierowie mogą wysyłać sygnały bezpośrednio do sprzętu za pomocą ciśnienia, naśladując kod binarny, umożliwiając robotowi wykonywanie skomplikowanych manewrów bez konieczności korzystania z prądu lub instrukcji z centralnego mózgu. Pozwala to na większy poziom kontroli niż obecne obwody oparte na płynie.
Przyszłe kierunki i zastosowania
Przenosząc pracę oprogramowania na sprzęt, nowy obwód uwalnia przestrzeń obliczeniową, dzięki czemu przyszłe systemy robotyczne będą bardziej adaptacyjne, złożone i użyteczne.
W kolejnym kroku badacze mają nadzieję zwiększyć skalę swoich obwodów, począwszy od eksperymentalnych lejów zasypowych i pipet, a następnie osadzić je w większych robotach, od gąsienic używanych do monitorowania elektrowni po roboty kołowe z całkowicie miękkimi silnikami.
Mostafa Mousa, badacz podyplomowy w King’s College w Londynie i autor, powiedział: „Ostatecznie bez inwestycji w roboty wyposażone w inteligencję nastąpi plateau. Wkrótce, jeśli nie odciążymy obciążenia obliczeniowego, jakie przejmują współczesne roboty, udoskonalenia algorytmiczne będą miały niewielki wpływ na ich wydajność. Nasza praca to dopiero pierwszy krok na tej ścieżce, ale przyszłość przyniesie inteligentniejsze roboty z mądrzejszymi ciałami”.
Odniesienie: „Oscylatory strumieniowe sterowane częstotliwością dla robotów miękkich” autorstwa Mostafy Mousy, Ashkana Rezanejada, Benjamina Gorissena i Antonio E. Forte, 8 października 2024 r., Zaawansowana nauka.
DOI: 10.1002/advs.202408879
