Vor deveni roboții manipulați prin AI menajerii viitorului apropiat?

Inteligența artificială (AI) devine omniprezentă în tot mai multe domenii și industrii. În acest context, a apărut o nouă generație de roboți controlați de AI, capabili să analizeze eficient obiectele în mișcare și să interacționeze cu ele folosind mult mai mult decât vârfurile „degetelor” lor mecanice. Se anticipează că acești roboți manipulați prin AI vor deveni foarte utili oamenilor în viața de zi cu zi, preluând diverse activități casnice precum:

Supravegherea copiilor – acționând ca un „bonă” robotică, capabilă să monitorizeze și să aibă grijă de cei mici.
Treburi casnice de rutină – efectuarea sarcinilor de menaj obișnuite, de la aspirat și șters praful până la spălatul vaselor.
Curățarea canalizării – intervenția în medii insalubre, precum țevi de scurgere sau canalizare, unde prezența umană ar fi neplăcută sau periculoasă.

În mod surprinzător, deja au fost demonstrați roboți controlați de AI care pot îndeplini sarcini complexe pe care le considerăm în mod tradițional „umane”. Aceste sarcini includ, de pildă:

sotarea și servirea rapidă a unui crevete în tigaie (precum ar face un bucătar);
deschiderea unui dulap de perete cu două uși pentru a depozita în siguranță oale grele de bucătărie;
apelarea unui ascensor și intrarea în lift exact ca un pasager uman;
clătirea ușoară a unei tigăi folosite, la robinetul de la chiuvetă, fără a o deteriora.

Aceste exemple demonstrează versatilitatea acestor roboți și complexitatea sarcinilor casnice pe care ei le pot aborda deja. În contextul acestor progrese, se ridică o întrebare firească: de ce să optăm pentru roboți asistați de AI în locul roboților umanoizi tradiționali pentru aceste roluri domestice?

De ce un robot controlat de AI în locul unuia umanoid?

Roboții umanoizi, concepuți să imite aspectul și mișcările corpului uman, au fost multă vreme un subiect central de cercetare și dezvoltare în domeniul roboticii. Totuși, odată cu avansul accelerat al tehnologiei AI, apare un nou tip de robot – robotul controlat de inteligență artificială. Acești roboți nu sunt creați să arate ca oamenii, ci sunt proiectați special pentru a valorifica puterea AI în interacțiunea și manipularea eficientă a obiectelor din mediul înconjurător.

Unul dintre avantajele cheie ale roboților controlați de AI față de roboții umanoizi este abilitatea sporită de a raționa și de a interacționa cu obiectele din jur. Roboții umanoizi sunt construiți în principal pentru a imita capacitățile fizice umane, ceea ce le limitează adesea capacitatea de a duce la bun sfârșit anumite sarcini ce necesită o dexteritate deosebită, o forță mai mare sau o raza de acțiune dincolo de limitele corpului uman.

În contrast, roboții asistați de AI pot fi proiectați cu membre specializate, senzori și sisteme de control avansate, care le permit să manipuleze cu precizie și eficiență o gamă mult mai largă de obiecte. Ei pot utiliza algoritmi performanți de vedere computerizată și recunoaștere a obiectelor pentru a identifica rapid obiectele și a interacționa cu ele, iar prin tehnici de învățare automată își pot îmbunătăți continuu performanța pe măsură ce acumulează experiență. În esență, un robot controlat de AI poate depăși constrângerile fizice ale formei umane, adaptându-și forma și funcțiile exact pentru sarcina pe care o are de îndeplinit.

Manipularea cu tot corpul – de ce este importantă?

Imaginați-vă că trebuie să mutați o cutie foarte mare și grea pe scări, la etaj. Mai întâi, vă răsfirați degetele și prindeți cutia cu ambele mâini; apoi o sprijiniți pe antebrațe, rezemând-o de piept pentru a menține echilibrul; în final, folosiți practic întregul corp pentru a manevra cutia în sus pe scări. Asemenea mișcări complexe implică nu doar mâinile, ci și brațele, trunchiul și poziția corpului. În mod similar, un robot poate fi conceput să folosească întregul său corp pentru a manipula obiecte mari sau grele într-un mod stabil și eficient.

Un alt exemplu: gândiți-vă la un teanc mare de vase extrem de murdare. Dacă lăsați farfuriile și oalele foarte murdare la înmuiat îndelungat în apă cu detergent, pielea mâinilor dvs. ar putea suferi. Un robot poate prelua o astfel de sarcină neplăcută, emulând comportamentul uman de curățare, dar fără riscurile pentru sănătate. Roboții pot înlocui oamenii în aceste munci dificile sau insalubre, executându-le în locul nostru și protejându-ne de efortul fizic excesiv ori de substanțele corozive.

Folosindu-și așadar întregul corp în procesul de manipulare, roboții controlați de AI pot atinge un nivel mai ridicat de dexteritate, stabilitate și adaptabilitate. Aceasta le permite să abordeze o varietate mult mai largă de sarcini și să manipuleze obiecte diverse cu precizie și control sporit, reducând totodată riscul de a provoca daune obiectelor manipulate sau sieși. Datorită acestor capabilități, astfel de roboți se dovedesc extrem de potriviți pentru sarcini de manipulare complexe, care presupun fie forță și efort susținut (ridicarea unor greutăți considerabile), fie delicatețe și finețe (manevrarea unor obiecte fragile fără a le deteriora).

Două brațe robotice Dobot X-Trainer spală farfurii cu ajutorul unui burete, demonstrând cum un robot AI își poate folosi întregul corp pentru a realiza o sarcină casnică comună. Robotul urmează mișcările mâinilor operatorului (control manual) pentru a curăța farfuria, ilustrând abordarea de învățare prin imitație într-un context practic. Astfel de demonstrații evidențiază modul în care inteligența artificială permite roboților să emuleze comportamente umane complexe, precum manipularea obiectelor fragile cu grijă și precizie.

Învățarea prin imitație – clonarea comportamentului uman

Un operator uman manevrează două controlere de ghidare pentru a teleopera un robot Dobot X-Trainer cu două brațe. Acest tip de interacțiune îi permite robotului să „învețe” mișcările direct de la om, replicându-le cât mai fidel. Tehnici precum învățarea prin imitație (cunoscută și ca clonarea comportamentului uman) folosesc demonstrațiile umane drept model pentru a instrui roboții să execute sarcini complexe.

Învățarea prin imitație a fost utilizată cu succes pentru planificarea manipulării în medii bogate în contact fizic, unde robotul trebuie să decidă cum să mânuiască obiectele ținând cont de numeroase puncte de contact. Robotul observă demonstrațiile umane și încearcă să le reproducă, însă abordarea de tip „încercare și eroare” implicată în acest proces poate deveni extrem de solicitantă din punct de vedere computațional. Motivul este numărul uriaș de posibile puncte de contact și moduri de a prinde sau mișca un obiect, pe care robotul trebuie să le ia în calcul atunci când învăță cum să manipuleze acel obiect. Fiecare variație minoră în poziția mâinii sau în forța de apucare poate duce la un rezultat diferit, așa că explorarea tuturor acestor opțiuni necesită timp și putere de calcul considerabile.

Pentru a depăși această provocare, cercetătorii au descoperit că o tehnică numită „smoothing” (în esență, o neteziere/omogenizare a deciziilor) permite algoritmilor de învățare prin întărire (reinforcement learning) să obțină performanțe remarcabile în învățarea manipulării. Smoothing-ul omogenizează multe decizii intermediare neimportante, adică ”netezește” calea de urmat, filtrând variațiile nesemnificative. Astfel, complexitatea problemei – numărul de stări și acțiuni pe care algoritmul trebuie să le exploreze – se reduce semnificativ. Prin aplicarea netezirii, algoritmii de învățare prin întărire pot explora mult mai eficient spațiul stărilor-posibile și al acțiunilor, reușind să învețe strategii optime de manipulare cu mult mai puține încercări nereușite.

Integrarea învățării prin imitație cu această tehnică de smoothing a reprezentat un progres esențial în domeniu. Practic, imitația oferă robotului un punct de pornire bun (îl învață mișcările de bază de la un om), iar netezirea îl ajută să simplifice și să eficientizeze luarea deciziilor fine pe parcurs. Împreună, aceste metode au permis roboților echipați cu AI să asiste oamenii în sarcini fizice tot mai complexe, care necesită dexteritate și coordonare de ansamblu a întregului corp robotic. Cu alte cuvinte, robotul învață de la om cum să facă, apoi își perfecționează singur execuția, eliminând mișcările inutile și devenind mai sigur și mai eficient în acțiunile sale.

O abordare combinată câștigătoare

Deși “netezierea” simplifică mult procesul de decizie al robotului, mai rămâne problema căutării opțiunilor optime de acțiune în urma acestei simplificări. Cercetătorii au constatat că, după omogenizarea deciziilor, alegerea dintre opțiunile rămase încă poate fi dificilă și consumatoare de timp. Pentru a rezolva și acest aspect, ei și-au integrat modelul cu un algoritm de căutare foarte eficient, care reduce dramatic timpul de calcul necesar. Cu ajutorul acestui algoritm de căutare, sistemul a ajuns să plănuiască mișcările optime în jur de un singur minut de calcul pe un laptop obișnuit – o viteză remarcabilă față de abordările anterioare.

Testele efectuate atât în simulări pe calculator, cât și pe brațe robotice reale au arătat că această abordare bazată pe model (engl. model-based) obține performanțe comparabile cu cele ale celor mai avansați algoritmi de învățare prin întărire, însă într-un timp mult mai scurt. Cu alte cuvinte, robotul învață să manipuleze obiectele la fel de bine, dar mult mai rapid decât ar fi făcut-o prin încercări repetate la întâmplare. Aceste îmbunătățiri nu sunt doar teoretice, ci au fost validate în practică: de exemplu, robotul Dobot X-Trainer a reușit să execute mișcări extrem de cursive și precise folosind această metodă combinată, demonstrând eficiența noii soluții în condiții reale.

Această abordare integrată – combinând învățarea prin imitație, algoritmii de învățare prin întărire îmbunătățiți prin smoothing și algoritmi de căutare eficienți – demonstrează potențialul uriaș al roboților bazați pe AI de a colabora fără probleme cu oamenii în sarcinile fizice cotidiene. Pe măsură ce domeniul roboticii avansează, vom vedea sisteme automatizate tot mai capabile asistându-ne într-o gamă largă de aplicații din lumea reală. Poate că, în viitorul apropiat, ideea unui robot care să devină un menajer extrem de eficient – preluând pentru noi treburile casnice complexe – va trece din domeniul științifico-fantasticului în realitate.