L’intelligenza artificiale utilizza l’apprendimento per rinforzo per navigare negli oceani
Gli ingegneri del Caltech, dell’ETH di Zurigo e di Harvard stanno lavorando a un’intelligenza artificiale (AI) che può consentire ai droni autonomi di utilizzare le correnti oceaniche per aiutare la loro navigazione. Con questo approccio, i droni non devono combattere contro le correnti.
La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications l’8 dicembre.
John O. Dabiri è il Professore Centenario di Aeronautica e Ingegneria Meccanica e uno degli autori della ricerca.
“Quando vogliamo che i robot esplorino le profondità oceaniche, specialmente in sciami, è quasi impossibile controllarli con un joystick da 20.000 piedi di distanza in superficie. Inoltre, non possiamo fornire loro dati sulle correnti oceaniche locali di cui hanno bisogno per navigare perché non possiamo rilevarle dalla superficie. Invece, a un certo punto abbiamo bisogno di droni oceanici per essere in grado di prendere decisioni su come muoversi da soli”, afferma Dabiri.
Testare l’IA
Gli ingegneri hanno testato l’accuratezza dell’intelligenza artificiale con simulazioni al computer e il team ha sviluppato un piccolo robot che esegue l’algoritmo su un chip di computer, che potrebbe alimentare i droni marittimi sulla Terra e su altri pianeti. Alla fine, potrebbero sviluppare un sistema autonomo che monitora le condizioni degli oceani del pianeta, e lo farebbe combinandolo con le protesi precedentemente sviluppate per aiutare le meduse a nuotare a comando.
Perché questo approccio funzioni, i droni devono prendere decisioni da soli su dove andare e come arrivarci. Probabilmente dovranno fare affidamento sui dati che raccolgono da soli, che sarebbero sotto forma di informazioni sulle correnti d’acqua che stanno vivendo.
I ricercatori hanno utilizzato reti di apprendimento per rinforzo per risolvere questo problema e hanno scritto un software che può essere eseguito su un piccolo microcontrollore.
Il team è stato in grado di utilizzare una simulazione al computer per insegnare all’intelligenza artificiale a navigare. Il nuotatore simulato aveva accesso solo alle informazioni sulle correnti d’acqua nella sua posizione immediata, ma è stato in grado di imparare rapidamente come sfruttare i vortici nell’acqua per inerpicarsi verso un bersaglio.
Questo tipo di ingenuità è comune tra aquile e falchi, che cavalcano le termiche nell’aria mentre estraggono energia dalle correnti d’aria per manovrare. Ciò consente loro di muoversi verso un obiettivo risparmiando energia.
Strategie di navigazione efficaci
Secondo il team, il loro algoritmo di apprendimento per rinforzo potrebbe anche apprendere strategie di navigazione più efficaci di quelle utilizzate dai pesci nell’oceano.
“Inizialmente speravamo solo che l’IA potesse competere con le strategie di navigazione già presenti nei veri animali nuotatori, quindi siamo rimasti sorpresi nel vedere che imparava metodi ancora più efficaci sfruttando ripetute prove sul computer”, afferma Dabiri.
I ricercatori ora cercheranno di testare l’intelligenza artificiale su ogni diverso tipo di disturbo del flusso che incontrerebbe nell’oceano. Raggiungeranno questo obiettivo combinando la loro conoscenza della fisica dei flussi oceanici con la strategia di apprendimento per rinforzo.
Peter Gunnarson è uno studente laureato al Caltech e autore principale dell’articolo.
“Non solo il robot imparerà, ma impareremo anche a conoscere le correnti oceaniche e come navigare attraverso di esse”, afferma Gunnarson.
