Robotfisk lærer sig selv at svømme

Inspireret af spøgelsesknivfisken har to forskere fra IT-Universitetet udviklet en blød robot, der har lært sig selv at svømme. Den kunstige fisk har ved hjælp af en evolutionær algoritme selv fundet frem til en svømmeteknik, der ligner den, knivfisken har udviklet gennem naturlig evolution.

Institut for Digital DesignForskningrobotterkunstig intelligens

Bløde robotter af materialer som silikone spås et stort potentiale – blandt andet fordi de er sikrere for mennesker at arbejde sammen med end traditionelle robotter af metal.

Dog er bløde robotter vanskeligere at styre, fortæller Jonas Jørgensen, ph.d.-studerende på ITU.

”Med traditionelle robotter kan man udvikle styreredskaber ved hjælp af computersimulationer, men det er svært at simulere robotter lavet af bløde materialer, fordi deres bevægelser er så komplekse, ikke mindst i vand,” siger han.

 

Sammen med Frank Veenstra, som netop har afsluttet sin ph.d. på ITU, besluttede han at undersøge, om en kan robot lære sig selv at svømme, så mennesker kan slippe for at programmere dens bevægelser manuelt.

Inspiration fra eksotisk fisk

De to forskeres svømmende robot er lavet af silikone og henter inspiration fra den eksotiske spøgelsesknivfisk, som svømmer ved hjælp af en bølgende finne under vandet.

Swimming robot.
Ph.d.-studerende Jonas Jørgensen og Frank Veenstra med svømmerobotten.
Forskerne brugte en evolutionær algoritme til at få robotten til at bevæge sig fremad i vandet så hurtigt som muligt.

”Det eneste input, vi har givet robotten, er at den skal finde den bedste og hurtigste måde, at komme frem på ved at eksperimentere med at bevæge finnen på forskellige måder og med forskellige hastigheder,” siger Frank Veenstra.

På den måde fandt robotten frem til langt mere effektive svømmeteknikker, end dem forskerne kunne programmere manuelt. Faktisk svømmede robotten mere end dobbelt så hurtigt med teknikken, den selv havde udviklet. 

Et fremskridt for bløde robotter

Med den mest optimale svømmeteknik nåede robotten op på en hastighed på 8 centimeter i sekundet.

Pointen med projektet var dog ikke primært at opnå høje hastigheder, men at demonstrere, at evolutionære algoritmer er mere effektive end håndprogrammerede kommandoer, fortæller Jonas Jørgensen, som mener at disse algoritmer øger potentialet for de bløde robotter.

”Det er særdeles nyttigt, hvis vi kan få robotterne at lære sig selv at udføre bestemte opgaver ved at eksperimentere sig frem i det miljø, de skal færdes i,” siger han.

”Metoden, vi har brugt er generelt anvendelig. Det vil sige, at evolutionære algoritmer vil også kunne anvendes til at optimere andre former for bløde robotter, også på land.”

Ligner sin biologiske pendant

Et andet formål med projektet var at undersøge, om den evolutionære algoritme ville finde frem til den samme svømmeteknik som spøgelsesknivfisken har udviklet i naturen. Det viste sig at være tilfældet.

»

Det er interessant, at vi kan udvikle en robot med inspiration fra en virkelig organisme og se, at robotten finder frem til en svømmeteknik der ligner den, fisken har udviklet gennem naturlig evolution.

Jonas Jørgensen, ph.d.-studerende
«
”Det er interessant, at vi kan udvikle en robot med inspiration fra en virkelig organisme og se, at robotten finder frem til en svømmeteknik der ligner den, fisken har udviklet gennem naturlig evolution. Det kunne tyde på, at algoritmen har fundet den mest effektive svømmeteknik for lige præcis denne kropstype, som altså også har sejret i naturen,” siger Jonas Jørgensen. 

Kan bruges til undervandsekspeditioner

Indtil videre har forskerne kun arbejdet med at få robotten til at svømme fremad, men med tiden vil man også kunne udvikle teknikker til at få den til at dreje og dykke i vandet ved hjælp af evolutionære algoritmer, mener de to forskere.

Efterhånden som forskerne bliver i stand til at styre robotterne mere præcist, vil de blive mere og mere anvendelige i den virkelige verden, fortæller Jonas Jørgensen.

”Svømmende robotter kan bruges til mange formål, blandt andet til undervandsekspeditioner, hvor en fiskelignede robot vil forstyrre fiskene mindre end et menneske. De vil også kunne bruges til at undersøge konsekvenserne af miljøkatastrofer,” siger han.

Mere information

Vibeke Arildsen, presserådgiver, telefon 2555 0447, email viar@itu.dk