Каждому роботу — свой мозг: как создаются индивидуальные микросхемы

Иллюстрация: 123RF (тп)

 

Современные роботы способны действовать очень быстро. Но в сложных ситуациях, например, во время взаимодействия с людьми, они реагируют намного медленнее. Дело в том, что машине нужно уловить и проанализировать множество данных, а потом выбрать подходящую реакцию. Весь процесс требует длительных вычислений.

Сабрина Нойман, недавно получившая PHD в Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, решила разобраться с этой проблемой. Ее метод, получивший название роботоморфные вычисления, позволяет создавать кастомный компьютерный чип, который минимизирует время реакции робота.

Если попытаться найти у всех роботов что-то общее, окажется, что все они действуют по схожей схеме.

Первый этап работы — это сбор данных с помощью датчиков и камер.

Второй — картографирование и локализация. «На основе того, что робот увидел, он должен выстроить карту пространства, а затем определить свое положение на местности», – поясняет Нойман.

Третий этап — построение плана действий и контроль их выполнения.

Исследователи пытаются максимально ускорить эти процессы. Для этого они ищут более совершенные алгоритмы и улучшают программы. Но этого недостаточно. Нойман предложила доработать «железо», то есть выйти за рамки стандартной микросхемы, составляющей «мозг» робота, и использовать аппаратное ускорение.

Система, разработанная в MIT, создает оборудование с индивидуальным дизайном. Для этого пользователю нужно ввести параметры робота, например, описать, как расположены конечности и двигаются суставы. Программа переводит эти физические свойства в математические матрицы. Большая часть ячеек в матрицах заполнена нулями. Они обозначают движения, которые робот не способен выполнять, так же, как человек не может сгибать руку там, где нет суставов.

Затем система выбирает ненулевые значения и на их основе разрабатывает микросхемы, которые становятся основой для специального чипа. Получается, что у каждой модели робота свой, индивидуально созданный «мозг». Этот чип работает в 86 раз быстрее, чем графический процессор, который обычно используется как аппаратный ускоритель.

Соавторы исследования говорят, что в идеале им удастся наладить разработку чипов для большей части роботов. Тогда лет через 20 у каждого робота на Земле будет своя компьютерная микросхема, которая будет наилучшим образом отвечать его потребностям.

Инженер-робототехник из Boston Dynamics Робин Дейтс верит, что эта система упростит управление роботами.

Производительность и скорость реакции играют решающую роль в робототехнике, – утверждает он. –
Реальный мир никогда не ждет, пока робот закончит думать

По его словам, роботоморфные вычисления позволят прописывать модели поведения, которые раньше были слишком сложными для машин. А это даст возможность создавать роботов, которые возьмут на себя часть человеческой работы. Например, будут переносить тяжести, ухаживать за заразными больными или доставлять посылки.