הסדרה הטלווזיונית הבריטית Humans הראתה איך רובוטים מתנהגים כמו בני אדם בצורה מלאה. חלק מהרובוטים היו בעלי תפקיד רפואי. הם יכלו על ידי ראייה ומגע לקבל מדדים רפואיים אודות המטופל. האם אנחנו מתקרבים ליום שבו באמצעות מגע, רובוטים יוכלו ללמוד על הסביבה ובני האדם? חוקרים של מהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור (NUS), וחוקרי אינטל מאמינים שכן.
כיום המצב הוא שחוש המישוש האנושי רגיש מספיק כדי להרגיש את ההבדל בין משטחים הנבדלים זה מזה בשכבה אחת של מולקולות, ובכל זאת רוב הרובוטים של ימינו פועלים אך ורק על פי עיבוד חזותי. החוקרים ב-מהאוניברסיטה של סינגפור מקווים לשנות זאת באמצעות עור מלאכותי שפיתחו באחרונה ושיכול לזהות נגיעות בו מהר יותר מפי אלף ממערכת העצבים התחושתית האנושית. בנוסף, הוא יכול לזהות את צורתם, מרקמם וקשיחותם של חפצים באופן במהירות גבוהה פי עשרה מזמן המצמצוץ של עין אנושית.
בעוד שיצירתו של עור מלאכותי מהווה שלב חשוב בפיתוחו של חזון זה, ה”עור” זקוק גם ל”מוח”: שבב שיכול להסיק מסקנות מדויקות על סמך הנתונים החושיים שהעור מעביר אליו בזמן אמת, תוך שהוא פועל ברמת עוצמה יעילה מספיק כדי שימוקם ממש בתוך הרובוט. לשם כך החוקרים השתמשו בשבב הנוירומורפי של אינטל המכונה Loihi.
“יצירת חיישן עור מלאכותי מהיר במיוחד פותרת כמחצית מהפאזל של הפיכתם של רובוטים לחכמים יותר”, אומר פרופ’ הרולד סו מהמחלקה למדעי המחשב מאוניברסיטת סינגפור. “עם זאת, הם זקוקים גם למוח מלאכותי על מנת לפתח יכולות תפיסה ולמידה שדרושות לו על מנת להשלים את הפאזל כולו”.
המחקר מדגיש כיצד הכנסת היכולת לחוש לתחום הרובוטיקה יכולה לשפר באופן משמעותי יכולות פונקציונליות של מערכות בהשוואה למערכות המבוססות על מידע חזותי בלבד שבהן אנו משתמשים כיום, וכיצד מעבדים נוירומורפיים יכולים להגיע לביצועים משופרים בעיבוד נתונים חושיים מסוג זה, לעומת מעבדים שנבנו בארכיטקטורה מסורתית.
מייק דייויס, מנהל מעבדת המחשוב הנוירומורפי של אינטל: “המחקר שנערך באוניברסיטה הלאומית של סינגפור מספק הצצה מסקרנת לעתיד הרובוטיקה שבו מידע שמתקבל באמצעות חישה יעובד באופן מונע-אירועים שישולב בכמה אופנים. המחקר הנוכחי מתווסף לידע הולך ומצטבר שמראה כי מחשוב נוירומורפי יכול להניב יתרונות משמעותיים בקיצור זמן ההשהיה (Latency) ובצמצום צריכת החשמל ברגע שהמערכת כולה מתוכננת על פי פרדיגמה מבוססת-אירועים שמסתייעת בחיישנים, בפורמטים של נתונים, באלגוריתמים ובאדריכלות חומרה”.
הפעלתו של חוש חישה הדומה לזה שיש לבני אדם בעולם הרובוטיקה עשוי לשפר באופן משמעותי את הפונקציונליות הנוכחית של רובוטים ואף להוביל לפיתוח יישומים חדשים. למשל, פיתוחן של זרועות רובוטיות המצוידות בעור מלאכותי יאפשר להן להסתגל בקלות לשינויים באופיין של סחורות שמיוצרות במפעלים. כך לדוגמה יכולות החישה יאפשרו לרובוטים לזהות ולאחוז חפצים לא מוכרים תוך שימוש בעוצמת הלחץ הנכונה שתמנע מהם להחליק. היכולת לחוש ולראות טוב יותר את הסביבה יכולה גם לאפשר אינטראקציה אנושית-רובוטית קרובה ובטוחה יותר – דבר שיהווה יתרון במקצועות הטיפול, או לקרב אותנו לאוטומציה של משימות כמו ביצוע ניתוחים על ידי מתן תחושת המגע החסרה כיום לכירורגים רובוטיים.
אודות המחקר: כדי לפרוץ דרך חדשה בתפיסתם של רובוטים את העולם הפיזי, החל הצוות ב-NUS לחקור את הפוטנציאל הטכנולוגי הנוירומורפי לעבד נתוני חישה המתקבלים מהעור המלאכותי, באמצעות שבב המחקר הנוירומורפי של אינטל. בניסוי הראשוני שביצעו החוקרים, הם השתמשו ביד רובוטית שמצויידת בעור מלאכותי על מנת לקרוא כתב ברייל ולאחר מכן להעביר דרך הענן את נתוני החישה לשבב ה-Loihi. זאת, על מנת להמיר את המידע של הבליטות הזעירות שהיד הרגישה ולהפיק ממנו משמעות סמנטית. Loihi השיג דיוק של יותר מ-92% בזיהוי אותיות כתב בברייל, ונדרש להספק קטן פי 20 מזה שנדרש למעבד Von Neumann רגיל כשהוא נדרש לבצע את אותה משימה.
התוצאות שהתקבלו במהלך עריכת המחקר איפשרו למדעני אוניברסיטת סינגפור להמשיך ולשפר את יכולות התפיסה הרובוטית על ידי שילוב של נתוני ראייה וחישה במגע ברשת עצבית. לשם כך הם דרשו מרובוט לסווג לקטגוריות שונות מיכלים אטומים מסוגים שונים שהכילו כמויות שונות של נוזלים, באמצעות מידע שהתקבל מהעור המלאכותי וממצלמה מבוססת-אירועים. באמצעות אותם חיישני חישה וראייה, הם גם בדקו את יכולתה של המערכת לזהות החלקה סיבובית, שחשובה לאחיזה יציבה.
לאחר שהתקבלו נתוני החישה הללו, הצוות שלח אותם הן לשבב עיבוד גרפי והן לשבב המחקר הנוירומורפי של אינטל (המכונה Loihi), על מנת להשוות בין יכולות העיבוד של שני השבבים השונים. תוצאות המחקר, שהוצגו השבוע בכנס Robotics: Science and Systems, הראו כי שילוב של ראייה מבוססת-אירועים ושל מגע באמצעות רשת עצבית מצליחות לאפשר דיוק גדול יותר ב-10% בסיווג אובייקטים בהשוואה למערכת לראייה בלבד. בנוסף לכך, הם הדגימו את ההבטחה המגולמת בשילוב טכנולוגיה נוירומורפית בהנעת מכשירים רובוטיים שכאלה – Loihi עיבד את נתוני החישה שהגיעו אליו במהירות גבוהה ב-21% מאשר שבבי העיבוד הגרפי הטובים ביותר, ועשה זאת תוך שימוש בהספק נמוך פי 45.
“אנו נרגשים מהתוצאות שהתקבלו במחקר. הן מראות כי מערכת נוירומורפית היא חלק מבטיח בפאזל שבו ישתלבו כמה חיישנים שישפרו את יכולות התפיסה של רובוטים. זהו צעד נוסף בדרך לבנייתם של רובוטים יעילים וחזקים שיוכלו להגיב בצורה מדויקת ומהירה למצבים לא צפויים”, אמר סו.
