根據外媒Tech Xplore報道，位於德國斯圖加特的馬克斯普朗克智能系統研究所（MPI-IS）發明了一隻有四條腿的小機器狗Morti，它可以在每次跌倒后調整走路姿態，自主學習如何行走。
編譯 | 夏舍予
編輯 | 徐珊
闡明該技術的論文《Learning Plastic Matching of Robot Dynamics in Closed-loop Central Pattern Generators》（在閉環中央模式生成器中學習機器人動力學的塑料匹配）已於7月18日在《自然·機器智能》雜誌上發表，該論文的第一作者是菲利克斯·魯珀特（Felix Ruppert）。
魯珀特說：“我們研究的機器狗Morti具有跟動物相同的反射能力，可以自主從失敗中學習如何走路。”
▲機器狗Morti
一、摔倒后再爬起，Morti可模仿動物學習
人類和動物的脊髓中都有一個叫做CPG（中樞模式發生器）的神經元網絡。CPG可以幫助生物完成節律性的任務，如走路、眨眼或消化等。這種神經元網絡不需要大腦輸入信號，就可以產生周期性的肌肉收縮。
魯珀特在Morti的背部安裝了一個虛擬脊髓來模擬CPG的作用，並在這個虛擬脊髓中安裝了樣本數據庫。Morti平穩行走時，機器人腳上的傳感器數據會不斷與CPG樣本庫中的數據進行比較，以提供合適的走路姿勢。
如果機器人摔倒了，學習算法會通過改變腿來回擺動的距離和速度來優化行走方式。在機器學習的過程中，CPG會發送一些自適應的運動信號，來讓機器人行走得更平穩。該機器學習過程的核心就是要改變CPG的輸出信號，並監測機器在什麼情況下會遇到磕絆。
▲Morti根據反饋數據優化行走
Morti模仿了小動物學習走路的過程，它們都是在不斷跌倒后，才能找到最有效的肌肉使用方式，學會行走。魯珀特說，一開始，Morti會摔倒，但大約一個小時后，算法就會幫Morti找到最好的行走方式。魯珀特還說：“目前我的團隊正在為Morti增加更多的傳感器，擴大Mortimer的運動範圍。我們想讓Morti更像動物。”
二、高效節能，Morti行走一小時后能耗減少42%
行走同樣的距離，目前大多數工業四足機器人需要幾十上百瓦的電量，Morti卻只需消耗5瓦電量。
這一方面是因為工業四足機器人有更大的體積和重量，需要更多的電量支撐行動，另一方面是因為Morti的算法更加智能。
一般的機器人行走時，機器學習會通過大量計算，預先設計每條腿運動的細節，這會消耗大量的電量。但是Morti在走路跌倒后，可以根據新的算法結果，重新調整走路的角度。Morti通過這些反饋數據來學習行走方式，不需要進行大量計算。Morti可以在學習走路的過程中降低能量消耗。研究發現，在Morti行走一個小時后，它消耗的能量比剛開始走路時減少了42%。
▲Morti在跑步機上行走
德克薩斯大學聖安東尼奧分校的教授迪瑞莎·庫迪蒂普迪（Dhireesha Kudithipudi）表示：“通常而言，人工智能可以很好地學習一項特定任務，但人工智能無法在環境變化時進行重新校準。而Morti可以根據數據反饋自主調整自己的運動模式，它在重新校準環境方面可能會表現得更好。”
結語：結合人工智能與生物領域，探索機器人的更多可能
魯珀特的機器狗可以通過人工智能算法，像生物一樣進行自主學習。這不僅結合了機器學習技術，也涉及到了生物領域。
如果這種技術可以大規模使用，將會有兩個好處：第一，機器學習會更加節能，消耗的能量更少。機器不必再根據大量的數據進行暴力計算，而是可以通過自主學習變得更加“聰明”。第二，這種技術可以為人工智能領域和生物領域的結合帶來啟發。
目前，這種技術可以讓機器狗變得更像動物。未來，隨着這種技術的發展，機器人可能會變得更像人類。
來源：Tech Xplore