AI navrhla roboty ako zo stavebnice. Nezastaví ich terén, ani strata končatiny

Robotika má dlhodobo jeden zvláštny problém, stroje vedia byť čoraz schopnejšie, no ich telá sú stále zväčša navrhnuté podľa pár osvedčených šablón.

Dve nohy, štyri nohy, pevná konštrukcia a jasne určené limity. Keď sa niečo pokazí, často sa končí aj pohyb. Výskumníci z Northwestern University teraz ukazujú, že to nemusí byť jediná cesta.

Tím výskumníkov v novej práci predstavil modulárne roboty, ktoré pripomínajú technickú stavebnicu. Jednotlivé diely sa dajú kombinovať do rôznych tvarov, AI v simulácii hľadá tie najlepšie konfigurácie a výsledkom sú stroje, ktoré sa dokážu pohybovať aj v nepredvídateľnom teréne. Ešte zaujímavejšie je, že niektoré z nich si poradia aj po vážnom poškodení, vrátane situácií, keď prídu o časť „tela“.

Základom celého systému je jednoduchý modul – dvojica ramien spojených centrálnou guľovou jednotkou, v ktorej sa nachádza motor, batéria, elektronika aj senzory. Každý modul vďaka tomu funguje ako samostatný malý robot. Sám o sebe vie skákať, otáčať sa na mieste alebo sa kotúľať dopredu. Keď sa tieto moduly spoja, vznikajú väčšie zostavy s tromi, štyrmi alebo piatimi „nohami“, prípadne s časťami, ktoré skôr pripomínajú chrbticu alebo chvost než klasickú končatinu. Podľa štúdie existujú pri piatich moduloch rádovo stovky miliárd možných konfigurácií, takže priestor na experimentovanie je obrovský.

Pri návrhu konštrukcie tím najprv vygeneroval veľké množstvo možných telesných usporiadaní v simulácii a následne ich nechal vyhodnocovať algoritmom, ktorý hľadal kombinácie s čo najlepším pohybom. Nešlo len o výber tvaru, ale aj o tréning riadenia. Pre každý vybraný dizajn sa osobitne učila stratégia pohybu pomocou reinforcement learningu. Umelá inteligencia nehľadala iba to, ako má robot vyzerať, ale aj to, ako sa má s daným telom pohybovať.

Roboty sa v simulácii učili na rovnom povrchu a až následne ich výskumníci testovali vonku, na tráve, piesku, štrku, blate, koreňoch stromov aj na nerovných tehlách. Ukázalo sa, že modulárny prístup má zmysel aj mimo laboratória. Viacčlánkové zostavy sa vedeli pohybovať cez viacero typov terénu bez ľudského zásahu a bez potreby dodatočného ladenia. Niektoré konfigurácie pritom pripomínali pohyb tuleňa, iné zas skôr plazov s vlnivým trupom.

Dôležitejšia je napokon aj odolnosť robotov. Keďže každý modul obsahuje vlastné napájanie, senzory aj riadenie, výsledný robot nemá jediný kritický bod, ktorého zlyhanie by automaticky znamenalo koniec. Autori v štúdii ukazujú, že pri vybraných konfiguráciách dokázal systém pokračovať v pohybe aj po amputácii jednej či viacerých častí. V prípade päťmodulového „štvornožca“ vytvorili aj špeciálnu politiku riadenia, ktorá sa mala vyrovnať s rôznymi typmi poškodenia a udržať robota v pohybe aj po stratách modulov, s ktorými sa počas testu predtým nestretol.

Výskumníci tvrdia, že automatizované navrhovanie tiel môže ukázať formy pohybu, na ktoré by človek pri klasickom inžinierskom návrhu vôbec neprišiel. Evolúcia v prírode mala na experimentovanie miliardy rokov, zatiaľ čo simulácia zvládne v krátkom čase prejsť obrovské množstvo kombinácií a vyradiť tie slepé vetvy.

Zatiaľ ide stále o koncept, pri ktorom je človek nevyhnutnou súčasťou celého procesu. Moduly sa síce dajú relatívne jednoducho kombinovať a vymieňať, no roboty sa bez vonkajšej pomoci ešte nevedia samy prestavať ani opraviť. Ak sa však podobný prístup osvedčí, ďalšia generácia takýchto strojov by potenciálne mohla sama meniť svoju konfiguráciu podľa terénu, pripájať nové moduly alebo si po poškodení znovu poskladať telo. Zatiaľ je to skôr vízia než bezprostredná realita, no výskum ukazuje, že cesta k nej už nemusí byť úplne sci-fi.