Uma imagem do braço robótico deformado em várias poses enquanto coletava dados através de movimentos aleatórios.
Crédito: Robert Kwiatkowski / Columbia Engineering
Robôs que são autoconscientes têm sido ficção científica há décadas, e agora podemos finalmente nos aproximar. Os seres humanos são únicos em poder imaginar-se - imaginar-se em cenários futuros, como caminhar pela praia em um dia quente e ensolarado. Os seres humanos também podem aprender revisitando experiências passadas e refletindo sobre o que deu certo ou errado.
Enquanto humanos e animais adquirem e adaptam sua auto-imagem ao longo de sua vida, a maioria dos robôs ainda aprende usando simuladores e modelos fornecidos por humanos, ou por tentativas e erros laboriosos e demorados. Os robôs não aprenderam simular a maneira como os humanos fazem.
Pesquisadores da Columbia Engineering fizeram um grande avanço na robótica, criando um robô que aprende o que é, do zero, com zero conhecimento prévio de física, geometria ou dinâmica do motor. Inicialmente, o robô não sabe se é uma aranha, uma cobra, um braço - não tem ideia de qual é a sua forma.
Após um breve período de "balbucio", e em cerca de um dia de computação intensiva, o robô cria uma auto-simulação. O robô pode então usar esse auto-simulador internamente para contemplar e adaptar-se a diferentes situações, lidando com novas tarefas, bem como detectando e reparando danos em seu próprio corpo. O trabalho é publicado hoje na Science Robotics .
Até hoje, os robôs operaram com um modelo humano explícito do robô. "Mas, se quisermos que os robôs se tornem independentes, adaptem-se rapidamente a cenários imprevistos por seus criadores, é essencial que eles aprendam a se simular", diz Hod Lipson, professor de engenharia mecânica e diretor do laboratório Creative Machines, onde pesquisa foi feita.
Para o estudo, Lipson e seu aluno de doutorado Robert Kwiatkowski usaram um braço robótico articulado de quatro graus de liberdade. Inicialmente, o robô se movia aleatoriamente e coletava aproximadamente mil trajetórias, cada uma com cem pontos. O robô então usou o aprendizado profundo, uma técnica moderna de aprendizado de máquina, para criar um auto-modelo.
Os primeiros modelos automáticos eram bastante imprecisos e o robô não sabia o que era ou como suas juntas estavam conectadas. Mas depois de menos de 35 horas de treinamento, o auto-modelo tornou-se consistente com o robô físico em cerca de quatro centímetros. O auto-modelo executou uma tarefa de pick-and-place em um sistema de loop fechado que permitia ao robô recalibrar sua posição original entre cada passo ao longo da trajetória, baseado inteiramente no modelo interno de si mesmo. Com o controle de loop fechado,
Mesmo em um sistema de malha aberta, que envolve a execução de uma tarefa inteiramente baseada no modelo interno, sem nenhum feedback externo, o robô foi capaz de concluir a tarefa pick-and-place com uma taxa de sucesso de 44%. "É como tentar pegar um copo de água com os olhos fechados, um processo difícil até mesmo para os humanos", observou o principal autor do estudo, Kwiatkowski, um estudante de doutorado no departamento de ciência da computação que trabalha no laboratório de Lipson.
O robô de auto-modelagem também foi usado para outras tarefas, como escrever texto usando um marcador. Para testar se o auto-modelo poderia detectar danos a si mesmo, os pesquisadores imprimiram em 3D uma peça deformada para simular danos e o robô foi capaz de detectar a mudança e re-treinar seu auto-modelo. O novo modelo automático permitiu que o robô retomasse suas tarefas de coleta com pouca perda de desempenho.
Lipson, que também é membro do Data Science Institute, observa que a auto-imagem é a chave para permitir que os robôs se afastem dos confinamentos da chamada "IA estreita" em direção a habilidades mais gerais. "Isso é talvez o que uma criança recém-nascida faz em seu berço, à medida que aprende o que é", diz ele. "Conjeturamos que essa vantagem também pode ter sido a origem evolutiva da autoconsciência nos seres humanos. Embora a capacidade do nosso robô de se imaginar ainda seja grosseira em comparação com os humanos, acreditamos que essa habilidade está no caminho da autoconsciência".
Lipson acredita que a robótica e a inteligência artificial podem oferecer uma nova janela para o antigo enigma da consciência. "Filósofos, psicólogos e cientistas cognitivos vêm ponderando a natureza da autoconsciência há milênios, mas têm feito relativamente poucos progressos", observa ele. "Ainda escondemos nossa falta de compreensão com termos subjetivos como 'tela da realidade', mas os robôs agora nos obrigam a traduzir essas noções vagas em algoritmos e mecanismos concretos".
Lipson e Kwiatkowski estão cientes das implicações éticas. "A autoconsciência levará a sistemas mais resilientes e adaptativos, mas também implica alguma perda de controle", alertam eles. "É uma tecnologia poderosa, mas deve ser manuseada com cuidado."
Os pesquisadores agora estão investigando se os robôs podem modelar não apenas seus próprios corpos, mas também suas próprias mentes, se os robôs podem pensar sobre o pensamento.
Um artigo sobre o estudo foi publicado na revista científica Science Robotics
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