Tháng 04, 2019
Thứ ba
Thứ Ba, ngày 23/10/2018 16:00 PM (GMT+7)

Trí tuệ tập thể cho robot lấy cảm hứng từ thế giới côn trùng

Nói đến robot, chúng ta vẫn nghĩ tới từng đơn vị nhỏ lẻ. Nhưng hiện nay, các nhà khoa học đã sử dụng robot theo từng tổ hợp với khả năng hoàn thành các nhiệm vụ phức tạp

Từ năm 1989, người ta đã có khái niệm mang trí thông minh cho robot. Thuở ấy, cỗ máy thông minh nguyên thủy chỉ là một hệ thống ọp ẹp với vài megabyte tần số, bộ nhớ vài chục kilobyte và một thuật toán điều khiển hiếm khi vượt quá một trăm dòng mã.

Nhưng bây giờ thì điều này đã trở thành quá khứ vì robot không còn đơn độc nữa mà là cả một bầy đàn giống nhau và làm việc bằng sức mạnh tập thể. Bất ngờ hơn khi khuynh hướng này đã được gợi ý từ sự hoạt động của thế giới côn trùng.

Trí tuệ tập thể cho robot lấy cảm hứng từ thế giới côn trùng - 1

Qua từng thế hệ, các thiết bị đã biết chọn dòng mã chính xác để phát triển một thuật toán tối ưu hóa nhằm duy trì tốc độ và khoảng cách cần thiết để tránh va chạm.

Trong thế giới côn trùng, sự hoạt động tập trung chính là tín hiệu đầu tiên của trí thông minh. Vì vậy, trong thử nghiệm, các nhà khoa học đã cho một nhóm khoảng hai mươi robot nhỏ được trang bị bánh xe, có nhiệm vụ đi đến ba địa điểm liên tiếp mà không biết những địa điểm này nằm ở đâu.

Trong số robot này, chỉ một số được lập trình chuỗi đường dẫn đến địa điểm và chúng phải nỗ lực truyền kết quả cho các con khác bằng tín hiệu hồng ngoại để xác định mục tiêu và thứ tự phải đến. Theo TS. Mauro Birattari, tác giả công trình nghiên cứu, chỉ một số robot có hiểu biết nhưng lại tạo thành bộ nhớ tập thể của cả nhóm bằng cách định vị bản thân trong không gian.

Swarm robotics (khuynh hướng robot tập trung) gần đây đã trở thành một trong những nhánh năng động nhất và đầy triển vọng của robot, đặc biệt được quan tâm còn nhờ vào giá thành thấp, tạo điều kiện dễ dàng cho quá trình chuyển đổi sang thực tế, với cả hàng ngàn robot trở lên. Theo PGS. Sabine Hauert, chuyên gia Y Sinh học về nanorobot tại Đại học Bristol, khuynh hướng này đã được nghiên cứu từ 5 năm trước đây.

Khuynh hướng này hoàn toàn khác với khuynh hướng robot truyền thống, vì sử dụng các yếu tố căn bản riêng lẻ, rẻ tiền, dễ lập trình và dựa vào số lượng để tạo thành các hành vi phức tạp, bắt chước theo thế giới động vật. Trong đó, có những cá thể hoạt động nhận thức thấp nhưng lại đạt được những điều phi thường khi làm việc chung. 

Cụ thể như kiến, nhà vô địch trong việc chọn con đường tốt nhất để mang thức ăn về tổ; hay như mối, là những “chuyên gia” vô cùng khéo léo trong việc xây dựng cấu trúc thượng tầng; hoặc như chim sáo và cá kết hợp tạo thành một loại “siêu sinh vật” với các “siêu động tác” phối hợp để gây rối loạn cho kẻ thù.

Do vậy, dựa vào tính chất đặc thù của động vật với trí thông minh phân tán nơi từng cá thể nhưng khi được tập trung, các trí thông minh cá thể này lại tổng hợp cùng nhau tạo thành một trí thông minh đáng nể. Đây chính là một lợi thế rất lớn cho swarm robotics với khả năng vẫn có thể hoạt động trong trường hợp một vài robot bị thất bại hoặc thất lạc. TS. Mauro Birattari cho biết thêm, với swarm robotics, chúng ta có thể loại bỏ hoặc thêm vào một hay nhiều cá thể nhưng hành vi chung của cả đàn vẫn không thay đổi.

Trí tuệ tập thể cho robot lấy cảm hứng từ thế giới côn trùng - 2

Bắt chước theo loài chim di trú, các nhà khoa học đã ghi vào bộ nhớ điểm đến cho từng cá thể với khả năng chia sẻ cho khoảng năm, sáu cá thể gần kề khác. Phương pháp này tối ưu vì chỉ cần ghi có vài chục dòng mã.

Phương thức hoạt động đặc biệt này không cần tới bộ não trung tâm điều khiển, mở ra khả năng ngoài tầm với của các robot truyền thống. Với swarm robotics, một đội quân robot với dạng như nhện, có thể lách vào đống đổ nát của một trận động đất, phối hợp và giúp đỡ lẫn nhau để tìm các nạn nhân bị chôn vùi. Hoặc một phi đội trinh sát, có thể cùng nhau phát hiện vị trí của các thiết bị nổ trong một bãi mìn hoặc khám phá bề mặt của một hành tinh không xác định…

Tháng 7 năm ngoái, nhà sản xuất động cơ Rolls Royce của Anh đã thông báo rằng, robot mini có thể sẽ thực hiện các cuộc nội soi bên trong động cơ máy bay để kiểm tra các hư hỏng. Và ở mức độ vi mô, các nhà vật lý tại MIT còn có ý trưởng tiêm nanorobots vào cơ thể nhắm mục tiêu các tế bào ung thư và áp dụng các điều trị thích hợp. Tuy nhiên, để hoàn thiện điều này cần phải viết các chương trình máy tính có khả năng tạo ra loại “vật chất” cho trí thông minh phân tán nhưng lại tạo ra các hành vi tập thể.

Hiện các nhà khoa học đang đứng trước sự chọn lựa của ba phương pháp. Một là bắt chước loài kiến tạo ra pheromone ảo ghi vào DNA của cả bầy để tìm ra lối đi tốt nhất. Hai là bắt chước loài ong với cách thức bay đi tìm mật và trở về dựa theo cường độ ánh sáng. Và ba là bắt chước theo loài chim di trú, ghi vào bộ nhớ điểm đến cho từng cá thể với khả năng chia sẻ cho khoảng năm, sáu cá thể khác. Phương pháp này có vẻ tối ưu vì chỉ cần ghi có vài chục dòng mã.

Trong thực nghiệm, 30 chiếc máy bay không người lái đã được phóng lên ở tốc độ 30 km/giờ, có khả năng phối hợp để tránh va chạm trong một khu vực xác định, có khả năng tránh chướng ngại vật và với tốc độ này có thể hạn chế các trở ngại từ môi trường như gió, rối loạn không khí...

Để đạt được thành tích này, chuyên gia người Hungary Gábor Vásárhelyi cùng nhóm đồng sự đã thử nghiệm một phương pháp tiến hóa tối ưu trên một trăm máy bay không người lái ảo. Cứ thế, qua từng thế hệ, các thiết bị đã biết chọn dòng mã chính xác để phát triển một thuật toán tối ưu hóa nhằm duy trì tốc độ và khoảng cách cần thiết để tránh va chạm.

Trong một thực nghiệm khác được triển khai vào tháng 9 năm 2017 tại Venezia (tức Venice của Italia), nhưng lần này là trong môi trường nước, một nhóm robot cá ở dưới cùng chịu trách nhiệm nghiên cứu chất lượng của nước,di động như cá; một nhóm khác ghi nhận các phép đo và sau đó thì cả hai nhóm quay lên lại mặt nước để nạp dữ liệu vào iPad. Thuật toán ứng dụng cho thực nghiệm này được lấy cảm hứng từ loài cá điện và đom đóm, là hai loài có phương thức bảo đảm thông tin liên lạc tốt nhất.

Cuộc thực nghiệm này là một thành công lớn cho ý tưởng swarm robotics vì môi trường nước ở Venezia là một môi trường vô cùng phức tạp nhưng các robot vẫn giao tiếp nhau rất tốt để tạo nên trí tuệ tập thể.

Thiện Hải (Science & Vie)

Tin đọc nhiều

Bộ ảnh Trái Đất tuyệt đẹp chụp từ ISS trong suốt 8 tháng qua Các phi hành gia trên Trạm Không gian Quốc tế không chỉ là...
Những công nghệ chống hạn hán trong nông nghiệp đáng chú ý Tưới nhỏ giọt, khử mặn nguồn nước, hay lấy nước từ không khí...
Vòng tay thông minh hỗ trợ từ bỏ thói quen xấu Một vòng đeo tay thông minh đã được ra đời, với tính năng...
‘Vịt’ robot giúp nông dân Nhật diệt cỏ không cần hóa chất Robot Aigamo mô phỏng hoạt động tự nhiên của loài vịt, từ đó...