26/08/2024
Door Ad Spijkers
Chinese onderzoekers gebruiken informatie uit verschillende bronnen om de perceptie van de omgeving te verbeteren.
In het voortdurend evoluerende veld van robotica is een aanpak ontstaan die de manier waarop robots hun omgeving waarnemen, navigeren en ermee omgaan, verandert. Deze door hersenen geïnspireerde navigatietechnologie integreert inzichten uit de neurowetenschappen in robotica en biedt verbeterde mogelijkheden en efficiëntie.
Multimodale informatiefusie
Door hersenen geïnspireerde navigatietechnologieën zijn niet alleen een verbetering ten opzichte van traditionele methoden. Volgens onderzoekers aan de Northeastern University in Shenyang vertegenwoordigen ze een paradigmaverschuiving. Door de neurale mechanismen van dieren na te bootsen, bieden deze technologieën robots de mogelijkheid om met ongekende nauwkeurigheid en aanpassingsvermogen door complexe en onbekende terreinen te navigeren.
De onderzoekers gebruikten diverse sensoren om gegevens over de omgeving te verzamelen en gebruikt multimodale informatiefusie om de perceptie van de omgeving te verbeteren. De kern van deze technologie is het concept van ruimtelijke cognitie, dat centraal staat in de manier waarop dieren, inclusief mensen, door hun omgeving navigeren. Ruimtelijke cognitie omvat het vermogen van de hersenen om ruimtelijke gegevens te ordenen en te interpreteren voor navigatie en geheugen.
Neuraal netwerk
Robots die zijn uitgerust met door hersenen geïnspireerde navigatiesystemen maken gebruik van een gelaagd netwerkmodel dat sensorische gegevens uit meerdere bronnen integreert. Met dit model kan de robot een 'cognitieve kaart' van zijn omgeving maken, net als de neurale kaarten die door de hippocampus in het menselijk brein worden gemaakt.
Een van de belangrijkste voordelen van door de hersenen geïnspireerde navigatie is de robuustheid ervan in uitdagende omgevingen. Traditionele navigatiesystemen hebben vaak moeite met dynamische en onvoorspelbare instellingen, waarbij het vertrouwen op vooraf in kaart gebrachte routes en herkenningspunten tot fouten kan leiden. Daarentegen leren door de hersenen geïnspireerde systemen voortdurend en passen ze zich aan, waardoor hun navigatiestrategieën in de loop van de tijd worden verbeterd.
Deze mogelijkheid is met name gunstig in omgevingen zoals rampgebieden of buitenaardse oppervlakken, die voorafgaande onmogelijk of onpraktisch in kaart zijn te brengen. Bovendien verminderen deze systemen het energieverbruik en de rekenbehoeften aanzienlijk. Door zich alleen te richten op essentiële gegevens en efficiënte neurale netwerkmodellen te gebruiken, kunnen robots langer werken en complexere taken uitvoeren zonder dat ze vaak hoeven te worden opgeladen of onderhouden.
Mogelijkheden
De toepassingen van de technologie zijn gevarieerd. Zo zouden autonome voertuigen die zijn uitgerust met door de hersenen geïnspireerde systemen veiliger en efficiënter kunnen navigeren en in real-time kunnen reageren op plotselinge veranderingen in verkeersomstandigheden of wegindelingen. Op dezelfde manier zouden drones die worden gebruikt voor bezorgdiensten hun routes effectiever kunnen plannen, obstakels kunnen vermijden en bezorgtijden kunnen optimaliseren.
Maar de ontwikkeling van door de hersenen geïnspireerde navigatietechnologie kent verschillende uitdagingen. Het integreren van biologische principes in mechanische systemen is inherent complex. Het vereist multidisciplinaire inspanningen van vakgebieden zoals neurowetenschappen, cognitieve wetenschappen, robotica en kunstmatige intelligentie. Bovendien moeten deze systemen schaalbaar en veelzijdig genoeg zijn om te worden aangepast voor verschillende soorten robotplatforms en -toepassingen.
Vooruitzichten
Nu onderzoekers de mysteries van de navigatiemogelijkheden van de hersenen blijven ontrafelen, lijkt de toekomst van robotica steeds meer verweven met de principes van de neurowetenschappen. De samenwerking tussen disciplines belooft niet alleen ons begrip van de hersenen te vergroten, maar ook de weg te banen voor een nieuwe generatie intelligente robots. Deze robots zullen niet alleen helpen bij alledaagse taken, maar ook cruciale rollen vervullen bij zoek- en reddingsoperaties, planetaire verkenning en nog veel meer.
Door de hersenen geïnspireerde navigatietechnologie belooft een aanzienlijke sprong voorwaarts in robotica. Het abstracte wordt samengevoegd met het toegepaste, het biologische met het mechanische en het theoretische met het praktische. Naarmate deze technologie zich blijft ontwikkelen, zal het ongetwijfeld nieuwe horizonten openen voor robottoepassingen, waardoor machines een nog integraler onderdeel van ons dagelijks leven en werk worden.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Ill.: Yanan Bai, School of Computer Science and Engineering, Northeastern University