Kreditas: Naujojo Džersio technologijos institutas Santa Klaros universiteto, Naujojo Džersio technologijos instituto ir Honkongo universiteto mokslininkams pavyko sėkmingai išmokyti mikrorobotus plaukti pasitelkus gilųjį pastiprinimo mokymąsi, o tai reiškia didelį šuolį mikrorobotų plaukimo gebėjimų tobulinimo srityje.
Buvo labai susidomėta dirbtinių mikroplaukiotojų, galinčių orientuotis pasaulyje panašiai kaip natūraliai plaukiojantys mikroorganizmai, pavyzdžiui, bakterijos, kūrimu. Tokie mikroplaukikai teikia vilčių, kad ateityje juos bus galima pritaikyti biomedicinoje, pavyzdžiui, tikslingai tiekti vaistus ir taikyti mikrochirurgijoje. Tačiau dauguma iki šiol sukurtų dirbtinių mikroplaukikų gali atlikti tik palyginti paprastus manevrus su fiksuota judėjimo eisena.
Mokslininkų tyrime, paskelbtame žurnale Communications Physics, jie samprotavo, kad mikroplaukikai galėtų mokytis ir prisitaikyti prie kintančių sąlygų pasitelkdami dirbtinį intelektą. Panašiai kaip žmonėms, mokantiems plaukti, reikia mokytis iš pastiprinimo ir grįžtamojo ryšio, kad išliktų ant vandens ir judėtų įvairiomis kryptimis kintančiomis sąlygomis, taip ir mikroplaukikams, nors ir su unikaliais iššūkiais, kuriuos kelia mikroskopinio pasaulio fizika.
„Gebėjimas plaukti mikroskalėje savaime yra sudėtinga užduotis, – sakė On Shun Pak, Santa Klaros universiteto mechanikos inžinerijos docentas. „Kai norime, kad mikroplaukikas atliktų sudėtingesnius manevrus, jų judėjimo eisenos dizainas greitai gali tapti neišsprendžiamas.”
Dirbtinio intelekto varomas plaukikas savarankiškai persijungia tarp skirtingų judėjimo eisenos režimų (pažymėtų spalvomis), sekdamas sudėtingą trajektoriją „SWIM” Kreditas: Zou et al., „Gait switching and targeted navigation of microswimmers via deep reinforcement learning”, Commun. Phys., 5, 158 (2022) DOI: 10.1038/s42005-022-00935-x Derindama dirbtinių neuronų tinklus su mokymusi naudojant pastiprinimą, komanda sėkmingai išmokė paprastą mikroplaukiką plaukti ir orientuotis į bet kokią pasirinktą kryptį. Kai plaukikas juda tam tikrais būdais, jis gauna grįžtamąjį ryšį apie tai, kaip gerai atliktas konkretus veiksmas. Tada plaukikas palaipsniui išmoksta plaukti, remdamasis savo patirtimi, įgyta sąveikaujant su supančia aplinka.
„Panašiai kaip žmogus mokosi plaukti, mikrobangiukas išmoksta judinti savo „kūno dalis” – šiuo atveju tris mikrodaleles ir ištempiamąsias grandis – kad galėtų savarankiškai judėti ir suktis”, – sakė Honkongo universiteto mechanikos inžinerijos docentas Alanas Tsangas (Alan Tsang). „Jis tai daro nepasikliaudamas žmogaus žiniomis, o tik mašininio mokymosi algoritmu.”
Demonstruodami galingus plaukiko gebėjimus, tyrėjai parodė, kad jis gali eiti sudėtingu keliu be aiškaus užprogramavimo. Jie taip pat pademonstravo, kad plaukikas patikimai veikia navigaciją esant trikdžiams, atsirandantiems dėl išorinių skysčių srautų.
„Tai pirmasis mūsų žingsnis sprendžiant uždavinį sukurti mikroplaukikus, kurie galėtų prisitaikyti kaip biologinės ląstelės ir savarankiškai naviguoti sudėtingoje aplinkoje, – sakė Naujojo Džersio technologijos instituto matematikos mokslų profesorius Yuan-nan Youngas.
Tokia prisitaikanti elgsena yra labai svarbi būsimoms biomedicininėms dirbtinių mikroplaukiotojų taikymo galimybėms sudėtingose terpėse su nekontroliuojamais ir nenuspėjamais aplinkos veiksniais.
„Šis darbas yra pagrindinis pavyzdys, kaip sparti dirbtinio intelekto raida gali būti panaudota sprendžiant dar neišspręstas judėjimo problemas skysčių dinamikoje”, – sakė Pensilvanijos universiteto mikrorobotų ir biofizikos ekspertas Arnoldas Mathijssenas, kuris tyrime nedalyvavo. „Mašininio mokymosi ir mikrorobotų integracija šiame darbe paskatins tolesnes šių dviejų itin aktyvių mokslinių tyrimų sričių sąsajas.”
Daugiau informacijos: Zonghao Zou et al, Gait switching and targeted navigation of microswimmers via deep reinforcement learning, Communications Physics (2022). DOI: 10.1038/s42005-022-00935-x
Citation: Išmanieji mikrorobotai mokosi plaukti ir naviguoti naudodami dirbtinį intelektą (2022, rugpjūčio 5 d.) žiūrėta rugpjūčio 5 d. 2022 iš https://techxplore.com/news/2022-08-smart-microrobots-artificial-intelligence.html
Šiam dokumentui taikomos autorių teisės. Be raštiško leidimo negalima atgaminti jokios jo dalies, išskyrus atvejus, kai ji naudojama privačioms studijoms ar moksliniams tyrimams. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.
