Вдъхновената от биологията навигация помага на роботите да не се губят в непозната среда

Дори усъвършенстваните прахосмукачки-роботи често „засядат“, щом се премести стол или кресло. Това е така, защото традиционните алгоритми са твърде стриктно обвързани с предварително изградената цифрова карта. Китайски изследователи предложиха решение – навигационна система за роботи, вдъхновена от поведението на животните и работата на човешкия мозък. Вместо да запомнят всеки сантиметър от стаята, роботите ще могат да открояват ключови ориентири, да формират „когнитивни карти“ и да се адаптират към промените, използвайки предишен опит – като мишки в лабиринт.

Домакинските роботи често са „заложници“ на предварително създадена цифрова карта: всяка промяна в стаята ги кара да губят ориентация. Според изследователите традиционните навигационни системи са обвързани с геометрията на пространството и не са адаптирани към непредвидими условия.

Учените наричат новата концепция „биоинспирирана когнитивна навигация“. Те се опитали да дарят роботите с „пространствена интелигентност“ – способността да се ориентират в непозната и променяща се среда, използвайки паметта, миналия опит и вътрешното представяне на пространството, точно както правят хората и животните.

За основа е използвано поведението на мишките в лабиринти. Учените са забелязали, че животните не запомнят околната среда в най-малки подробности, а наблягат на ключови ориентири, формират абстрактни спомени и изграждат гъвкави „когнитивни карти“. Благодарение на това мишките са в състояние бързо да се адаптират към промените и да намират нови маршрути, вместо да следват строго определен път.

Въз основа на тези принципи екипът разработва система от три части, която включва динамично разпознаване на ориентири, памет, базирана на опита, и йерархично вземане на решения.

За разлика от традиционните роботи, които всъщност „следват хартиената карта“, новата система позволява на машината да разсъждава самостоятелно, да предвижда промените в околната среда и да използва придобитите по-рано знания в нови ситуации.

Проектът използва невроморфен хардуер – специализирани процесори, чиято работа имитира биологичните неврони. Тези чипове се активират само при промяна на постъпващите сензорни данни, докато конвенционалните компютърни системи работят непрекъснато. Това значително намалява консумацията на енергия и същевременно позволява по-бърза реакция на промените в околната среда.

Разработчиците смятат, че технологията може да се превърне в основа за ново поколение автономни роботи, способни да работят в сложни и непредсказуеми условия. Например, извършване на спасителни операции в горящи сгради или подпомагане на възрастни хора в претъпкани райони. Екипът вече работи с организации, за да тества системата в реални условия и да я подготви за практически приложения.

Тази технология отваря врати за създаването на много по-надеждни автономни системи. Практическото приложение на алгоритъма се простира от битовите прахосмукачки-роботи и складови машини до сложните безпилотни апарати, предназначени за издирвателни и спасителни операции в опасни зони, където липсва достъп до GPS сигнал.