Цей робот літає, наче колібрі, завдяки нейронним мережам

Дослідники з університету Пердю в американському штаті Індіана створили невеличкого летючого робота, що імітує політ колібрі. Інноваційним у цій роботі є те, що розробникам вдалося навчити нейромережу керувати польотом, який здійснюється за допомогою гнучких елементів.

В останні роки залучення до керування польотом робота нейромереж вже не є незвичним. Зрештою, птахи та комахи мільйони років навчаються літати, не маючи заздалегідь встановленого алгоритму того, які рухи потрібно виконувати для виконання певного маневру. Чим легшою є летюча істота чи механізм, тим більше виникає змінних факторів, які дуже важко врахувати заздалегідь.

Саме тому гарною ідеєю є не програмування летючого дрона, а його навчання розпізнавати ситуацію та реагувати на неї так, як це роблять живі істоти. На щастя, здатні на це комп’ютерні системи існують вже багато років. Нейромережі – це комп’ютерні системи, які замість заздалегідь написаних алгоритмів модифікують віртуальну структуру, що нагадує нейрони мозку. Методом проб та помилок у системи виробляється певне “уявлення” про сферу діяльності, для роботи у якій вона призначена.

Навчити нейромережу керувати польотом апарату відносно легко у тому випадку, якщо сам апарат лишається недеформованим, а вектори сил в одних і тих самих умовах залишаються сталими. З урахуванням цієї умови, наприклад, можна навчити літати квадрокоптер, керуючи швидкістю обертання кожного з роторів.

Робот з гнучкими елементами

Однак у тому випадку, коли рама квадрокоптера виявляється гнучкою, сила тяги та рух повітря починають деформувати її хаотично, і навчання нейромережі уповільнюється практично до нуля. Те саме відбувається і з роботом, що має аеродинамічні площини. Як тільки вони починають вигинатися, керування апаратом сильно ускладнюється. Однак у природі птахи літають за допомогою крил, які є достатньо гнучкими, особливо якщо пташка є невеликою. Тож при правильно підібраному наборі вхідних параметрів і достатній потужності нейромережі можна зробити та зовсім маленького летючого робота, однак досі ця задача не була вирішена.

Джерело: Purdue University

Та ось колектив авторів з американського університету опублікував відео, де вони випробовують зовсім невеличкого робота. Штучне створіння ширяє, швидко махаючи крилами, як це роблять пташки колібрі.

Дослідниця Ксіан Денг та її команда провели кілька років, вивчаючи, як же літають справжні колібрі, створюючи фізичні моделі цього процесу. Врешті-решт, вони зрозуміли, чому треба навчати штучну нейромережу.

Гнучкий, легкий та спритний

Результатом цих досліджень став робот вагою у 12 грамів. Хоча, справжні колібрі мають середню вагу біля 1 граму, однак новий робот за своїми властивостями перевищує і крихітних пташок, і усіх летючих роботів, що були розроблені раніше. Новий робот здатний зависати на одному місці, як квадрокоптер, і підіймати вантаж у 27 грамів – у 2,5 раза більше за власну вагу.

Джерело: Purdue University

Крім того, успішне застосування нейромережі дозволило відмовитися від великої кількості сенсорних даних. Вони були необхідні раніше створеним дронам для того, щоб орієнтуватися у просторі. Замість цього мініатюрна механічна пташка, користуючись досить обмеженою кількістю сенсорної інформації будує мапу свого оточення, подібно до того, як це роблять справжні птахи. Відповідно, пояснювати роботу, як йому дістатися до певної точки, про яку він вже має уявлення, не треба. Він сам обирає шлях до виконання цього завдання.

Новий робот – перш за все, результат застосування достатньо складних знань про фізику польоту до навчання нейромереж. Досі їх навчали аналізувати щось, що люди й самі добре розуміють. Нині ж машини навчилися робити щось, про що люди лишень починають складати своє уявлення.

Сподобалась стаття? Придбайте нам , а ми напишемо ще.
Повідомити про помилку: підкресліть текст та натисніть CTRL+Enter або
Олександр Бурлака
  • 80 записів
  • 0 дописів
Олександр займається популяризацією науки, веде блоги та працює викладачем у Харківському національному технічному університеті сільського господарства ім. Петра Василенка. Має ступінь кандидата технічних наук.