Incluso los robots tienen el caos en la cabeza: los científicos han creado IA con un comportamiento "espontáneo"

Vas a la parada del autobús y te das cuenta de que olvidaste tus llaves. De repente te das la vuelta y corres a casa. Tales acciones espontáneas son características del comportamiento animal. En un esfuerzo por capturar la esencia del cerebro humano, la robótica ha tratado de imitar tales acciones. Esta no es una tarea fácil. Pero un estudio reciente realizado por científicos japoneses sugiere un enfoque simple para dominar esta habilidad, lo que obliga a una red neuronal computarizada a cambiar espontáneamente entre múltiples acciones utilizando algoritmos que imitan el caos controlado de los cerebros de los animales.







"Básicamente, nuestro trabajo trata sobre cómo diseñar un comportamiento de conmutación espontáneo utilizando dinámicas caóticas", dice el coautor Kohei Nakajima, matemático aplicado de la Universidad de Tokio en Japón. Por lo general, los ingenieros diseñan un robot que camina y corre, y el experimentador podría usar un controlador de mano externo para cambiar estos "comportamientos". Pero para saltar de un entorno tan controlado a uno en el que el robot pueda cambiar de comportamiento de forma autónoma, los investigadores buscaron simular un movimiento caótico. A menudo visto en el cerebro de los animales y otros sistemas dinámicos, el enrutamiento caótico ocurre cuando un sistema cambia de manera impredecible pero determinista entre varios patrones estereotipados, ya sea caminar, correr o cualquier otra forma de comportamiento.

Experiencias anteriores

La robótica ha tratado de imitar el movimiento caótico en el pasado, según el autor principal Katsuma Inoue, estudiante graduado de la Universidad de Tokio. Un robot, creado en 2006, modeló a un bebé humano con un sistema somatosensorial y cientos de motores que representan los músculos del cuerpo, cada uno conectado a varios osciladores caóticos, el equivalente en bruto de las neuronas motoras. Los sistemas somatosensoriales interactúan con osciladores caóticos, que luego indican a los "músculos" que se muevan. Diseñado para imitar el desarrollo temprano de las habilidades motoras humanas, el sistema reproducía movimientos caóticos alternando varios comportamientos estereotipados, como gatear y darse la vuelta.





Las formas azul, naranja y verde en esta imagen representan diferentes comportamientos que los autores diseñaron para que su cerebro robot cambie de forma autónoma. Para hacer esto, los investigadores han creado características de un fenómeno llamado movimiento caótico. Imagen de la charla “Diseño de cambios de comportamiento espontáneos mediante itinerancia caótica” (Katsuma Inoue, Kohei Nakajima y Yasuo Kuniyoshi).



Otra investigación se ha centrado en desarrollar un comportamiento de conmutación espontáneo en robots utilizando una estructura jerárquica con una red neuronal de nivel superior que impulsa módulos de nivel inferior que corresponden a cada tipo de comportamiento. Sin embargo, según Kohei Nakajima, el proceso de aprendizaje lleva mucho tiempo en estos experimentos.

¿Cómo es el sistema único?

Para superar estos problemas, los investigadores japoneses no utilizaron el diseño jerárquico. En cambio, en un método de tres pasos que utiliza un marco de aprendizaje automático, los investigadores primero identificaron varios comportamientos posibles y entrenaron la red neuronal para reproducirlos de acuerdo con los comandos. Luego, los investigadores entrenaron a la red para cambiar entre estos comportamientos en un orden específico, y finalmente desarrollaron transiciones probabilísticas entre estos comportamientos utilizando dinámicas caóticas. El resultado fue un sistema con características de movimiento caótico.





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¿Qué pasará después?

La idea clave del estudio es crear una forma más sencilla y elegante de realizar la locomoción espontánea, similar a la de los animales. Sin embargo, la implementación de este estudio hasta ahora se ha limitado a una red neuronal en una computadora. Los investigadores ahora planean pasar de las computadoras a los robots físicos con la esperanza de finalmente crear máquinas que se comporten de manera autónoma y espontánea.



Una característica distintiva del cerebro humano, la plasticidad de la mente permite a las personas adquirir nuevos conocimientos sin destruir los viejos recuerdos. Los científicos ven esta investigación como un paso hacia la creación de un cerebro sintético que puede tener una memoria que puede interactuar con el medio ambiente a través de un cuerpo artificial.



Lista de referencias:

1. Adam Smith. AI with “spontaneous” behaviour like animals developed [ ]. URL: www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/scientists-ai-spontaneous-behaviour-animals-b1762407.html
2. Amy MacDermott. New technique builds animal brain–like spontaneity into AI [ ]. URL: blog.pnas.org/2020/11/new-technique-builds-animal-brain-like-spontaneity-into-ai
3. : Katsuma Inoue, Kohei Nakajima, Yasuo Kuniyoshi. Designing spontaneous behavioral switching via chaotic itinerancy [ ]. URL: advances.sciencemag.org/content/advances/6/46/eabb3989.full.pdf