Нейроморфный интеллект: в МФТИ создали робота, который учится ходить, как живой

Ученые из лаборатории нейробиоморфных технологий МФТИ совместно с коллегами из Университета Лобачевского совершили прорыв в области робототехники. Им удалось научить четвероногого робота ходить, используя принципы работы биологического мозга. В основе системы управления лежит импульсная нейронная сеть, работающая на специализированном нейропроцессоре.

От биомеханики к «мозгу» робота

В качестве экспериментальной платформы была выбрана открытая модель SpotMicro. Это доступный конструктор, который можно напечатать на 3D-принтере, что делает его идеальной базой для научных исследований в отличие от дорогих и закрытых коммерческих аналогов. Робот имеет 12 степеней свободы – по три сустава в каждой «лапе», что позволяет имитировать сложные движения животных.

Нейроморфный интеллект: в МФТИ создали робота, который учится ходить, как живой

Однако сама по себе механика не обеспечивает устойчивости. Чтобы робот мог уверенно передвигаться по сложной местности, ему нужен «мозг». Исследователи применили комплексный подход, объединив несколько передовых технологий:

Обучение с подкреплением. В виртуальном симуляторе PyBullet робот, словно ребенок, методом проб и ошибок учился ходить. За успешные шаги он получал «награду», а за падения и раскачивания – «штраф». Для этого использовались современные алгоритмы, такие как Augmented Random Search и Soft Actor-Critic.

Нейроморфный интеллект: в МФТИ создали робота, который учится ходить, как живой

Импульсные нейронные сети (SNN). В отличие от классических нейросетей, здесь сигналы передаются короткими импульсами, как в реальном мозге. Это не только биологически достоверно, но и чрезвычайно экономично с точки зрения энергопотребления — критически важный фактор для автономных устройств.

Нейропроцессор (NPU). В качестве вычислительного центра был выбран одноплатный компьютер Orange Pi 5B со встроенным нейропроцессором. Этот специализированный чип берет на себя все сложные расчеты, связанные с работой нейросети, разгружая основной процессор и позволяя роботу работать от компактного аккумулятора.

Нейроморфный интеллект: в МФТИ создали робота, который учится ходить, как живой
Блок-схема электронных компонентов робота: одноплатный компьютер Orange Pi 5B с нейропроцессором, камера, инерциальный модуль, сервоконтроллер и сервоприводы

От симуляции к реальности

Ключевой проблемой стал перенос алгоритмов из идеального виртуального мира в суровую физическую реальность. Чтобы сгладить этот переход, во время обучения в симуляторе специально вносились помехи: менялась масса робота, параметры трения и характеристики моторов. Это позволило созданной сети стать более устойчивой к шумам и несовершенствам реального железа.

Результаты превзошли ожидания. Робот, управляемый обученной нейросетью, смог ходить симметричной походкой и удерживать равновесие на сложных поверхностях. Точность предсказания углов суставов выросла в четыре раза по сравнению с необученной моделью.

«Мы хотели показать, что даже на относительно недорогой открытой платформе можно реализовать современные подходы к управлению», – комментирует один из авторов проекта.

В планах ученых – научить робота более сложным режимам движения, таким как бег и галоп, а также оснастить его полноценным зрением для автономной навигации. Эта разработка является важным шагом к будущему, где роботы-помощники смогут эффективно работать в самых сложных условиях – от завалов при спасательных операциях до промышленных объектов.

Результаты работы, открывающей путь к созданию по-настоящему автономных и энергоэффективных машин, опубликованы в Российском журнале нелинейной динамики.

Читайте также

IonQ установила рекорд квантовой связи: более 1000 событий запутанности в секунду

IonQ установила рекорд квантовой связи: более 1000 событий запутанности в секунду

DARPA начала испытания квантовых компьютеров, которые должны стать практически полезными к 2033 году

DARPA начала испытания квантовых компьютеров, которые должны стать практически полезными к 2033 году

США и Google вложат почти 1,8 млрд долларов в создание «виртуальных клеток»

США и Google вложат почти 1,8 млрд долларов в создание «виртуальных клеток»

Google открыла SynthID для всех — сервис помогает распознавать изображения и видео, созданные ИИ

Google открыла SynthID для всех — сервис помогает распознавать изображения и видео, созданные ИИ

Kawasaki оснастит человекоподобного робота Kaleido физическим ИИ для работы на заводах

Kawasaki оснастит человекоподобного робота Kaleido физическим ИИ для работы на заводах

В Германии создают строительных роботов, способных собирать здания почти без участия человека

В Германии создают строительных роботов, способных собирать здания почти без участия человека

Видеоаналитика на базе ИИ позволила найти 250 детей в Новосибирской области

Видеоаналитика на базе ИИ позволила найти 250 детей в Новосибирской области

Ученые МИСИС создали пористые гранулы для костей с защитой от инфекций

Ученые МИСИС создали пористые гранулы для костей с защитой от инфекций

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Учёные создали микроб для Марса, который может помочь в строительстве поселений

Учёные создали микроб для Марса, который может помочь в строительстве поселений

UBTECH и FAW-Volkswagen испытают человекоподобных роботов на автомобильных заводах

UBTECH и FAW-Volkswagen испытают человекоподобных роботов на автомобильных заводах

RedMagic 12 Pro+ получит жидкостное охлаждение с RGB-подсветкой

RedMagic 12 Pro+ получит жидкостное охлаждение с RGB-подсветкой

NASA исследует загадочную лунную яму в поисках подземной пещеры

NASA исследует загадочную лунную яму в поисках подземной пещеры