Умные микророботы научились плавать с помощью искусственного интеллекта

Исследователи из США и Китая научили микророботов плавать с помощью глубокого машинного обучения с подкреплением. Микропловцы смогли переключаться между различными двигательными маневрами в разных ситуациях, чтобы самостоятельно перемещаться к любой цели. Результаты работы опубликованы в журнале Communications Physics.

Существует огромный интерес к разработке искусственных микропловцов, которые могут перемещаться так же, как живые микроорганизмы — например, бактерии. Такие микропловцы открывают перспективы для широкого спектра будущих биомедицинских приложений. Они могут адресно доставлять лекарства и использоваться в микрохирургии. Тем не менее, большинство искусственных микропловцов на сегодняшний день могут выполнять только относительно простые манёвры с фиксированным «стилем» движения .

В этом исследовании учёные пришли к выводу, что микропловцы могут учиться и адаптироваться к меняющимся условиям с помощью искусственного интеллекта. Так же, как людям, которые учатся плавать, требуется обучение с подкреплением и обратная связь, чтобы оставаться на плаву и двигаться в различных направлениях в изменяющихся условиях, то же самое необходимо и микропловцам.

Объединив искусственные нейронные сети и обучение с подкреплением (один из методов машинного обучения), команда успешно научила простого микроробота плавать и перемещаться в любом произвольном направлении. Когда пловец движется определённым образом, он получает обратную связь о том, насколько хорошо выполняется это конкретное действие. Затем робот постепенно учится плавать, основываясь на своём опыте взаимодействия с окружающей средой.

Микропловец учится перемещать свои «части тела» — в данном случае три микрочастицы и растяжимые соединения, — чтобы самостоятельно двигаться и поворачивать. При этом он полагается только на алгоритм машинного обучения, а не на знания, вложенные в него разработчиками, добавляют авторы работы. Испытания показали, что микроробот может двигаться по сложному пути без явного программирования – и даже при навигации в условиях возмущений, которые создают внешние потоки жидкости.