Učenlivý chrobák
Hmyzu jeho jednoduchý nervový systém umožňuje reagovať na rôzne podnety a zvládať veľké množstvo rozmanitých aktivít. Pod „rukami" göttingenských vedcov z Bernsteinovho Centra pre počítačové modelovanie neurónových sietí (Computational Neuroscience) a Inštitútu Maxa Plancka sa zrodil AMOS (Advanced Mobility Sensor Driven) Šesťnohý, veľký chrobák pripomínajúci robota, ktorý sa snaží pomocou elektronických obvodov pracujúcich na princípe neurónových sietí aspoň čiastočne napodobniť svoje živé vzory.
AMOS sa sám podľa aktuálnej situácie rozhoduje kam a ako bude kráčať. V čase vyspelých, humanoidných robotov, sa to iste zdá byť úplne nezaujímavá novinka, zastaralá už v čase svojho vzniku. Ale len na prvý pohľad. To, čo vo svete robotiky predstavuje inováciu je nový spôsob konania, ktoré je založené na princípe kontroly chaosu. Úspech tohto riešenia spočíva práve v kombinácii jednoduchosti ovládacieho systému a relatívne zložitého, variabilného spektra výsledného správania.
Periodicky sa opakujúce pohyby - chôdza, alebo dýchanie, sú u všetkých živočíchov, vrátane nás ľudí, riadené jednoduchými autonómnymi nervovými obvodmi. Práve tieto predstavovali hlavnú inšpiráciu pri projektovaní doterajších robotov, ktoré pre každú odlišnú činnosť (napríklad spôsob chôdze) majú samostatnú elektronickú verziu takéhoto jednoduchého neurónového obvodu. Robot potom pomocou niekoľkých senzorov (jeho zmyslov) "zmapuje" svoje okolie, napríklad či je pred ním prekážka, či terén pred ním stúpa, alebo klesá. Na základe získaných údajov sa jednoznačne rozhodne, ktorý z niekoľkých autonómnych obvodov využije, aby vykročil "správnym" spôsobom. Podobné rozhodovanie zvláda aj kybernetický chrobák z Göttingenu. Len trochu inak. Jeho 18 senzorov sníma teplotu, svetlo a kontakt s povrchom. Signály z nich prichádzajú do mozgu - jednoduchého neurónového riadiaceho obvodu, ktorý ovláda 18 motorčekov.
Jednoduchá scháma neurónovej siete. Vstupné informácie sa spracovávajú vo všetkých neurónoch a výsledkom je riešenie, ktoré senzory spracujú opäť v podobe vstupných informácií, kým sieť objaví optimálne riešenie, ktoré si pre konkrétnu situáciu zapamätá.
Celý systém umožňuje 11 základných vzorcov správania. Orientáciu, zmenu smeru pohybu podľa vonkajšieho podnetu, istý druh sebaobrany, rôzne spôsoby chôdze a ich kombinácie. Robotický chrobák sa dokáže operatívne rozhodnúť, čo bude robiť na základe informácií od senzorov. Jeho jednoduchá neurónová sieť sa skladá z dvoch elektronických obvodov, ktoré pracujú na princípe kontroly chaosu.
Jednoduchá neuronálna sieť riadi chôdzu robotického chrobáka podľa princípov kontroly chaosu. V normálnej situácii sú pohyby šiestich nôh koordinované a pravidelné. Keď sa chrobák potrebuje oslobodiť, alebo vkročiť nejakou nohou do jamy, pohyby sa zmenia na chaotické.
AMOS - ovi to umožní učiť sa. Ako? Keď mu senzory poskytujú informáciu o situácii, ktorá je pre neho neznáma a na ktorú nevie zareagovať, chaoticky skúša všetky možnosti až do okamihu, keď mu senzory nahlásia "OK". Neurónová sieť si potom zachová spojenie medzi situáciou a zodpovedajúcou reakciou. Keď má chrobák riešiť rovnaký problém druhýkrát, už bez skúšok vie ako na to. Napríklad pri opakovanom výstupe po šikmej ploche sa naučí, aký spôsob chôdze je energeticky najúspornejší. Ak sa svah začne zvažovať nadol, senzory mu nahlásia príliš vysokú energetickú spotrebu. Nato sa jeho správanie chvíľu takmer chaoticky mení a chrobák skúša rozmanité "riešenia". Vo svojom elektronickom mozgu testuje rôzne koncentrácie a s nimi súvisiace spôsoby chôdze až do chvíle, keď mu senzory opäť hlásia najmenší výdaj energie.
Slovami samotných tvorcov sa "riadiaci" signál rýchlo a flexibilne prispôsobuje novým situáciám, umožňuje učenie a dlhodobé uchovávanie mechanických odpovedí užitočných pre správanie.
V budúcnosti vedci plánujú vykonať významné "evolučné" zásahy. Chcú do AMOS-a namontovať pamäť, ktorá by mu mala umožniť dokončiť pohyb v prípade, že mu zlyhajú senzory. Pri tomto probléme by napríklad pri prekračovaní prekážky musel urobiť dlhý krok každou zo svojich šiestich končatín. "V súčasnosti robot nie je schopný túto úlohu zvládnuť, akonáhle je prekážka mimo dohľad jeho senzorov. Nedokáže sa sám rozhodnúť aký druh kroku použiť," vysvetľuje Marc Timme z Ústavu Maxa Plancka. "Keď bude AMOS vybavený motorickou pamäťou, bude schopný využiť istú predvídavosť a plánovať svoje pohyby".
Zdroj a foto: Max Planck Gesellschaft
Aktuálne vydanie
Partnerské periodiká
Copyright © 2008 TechPark, o.z. | Všetky práva vyhradené | Realizácia: Webmax