Drone usa inteligência artificial para navegar pelo oceano usando pouca energia

Engenheiros do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e da Universidade Harvard, ambos nos EUA, em parceria com a Universidade Pública de Zurique (ETH), na Suíça, estão ensinando uma nova inteligência artificial (IA) a navegar no oceano utilizando o mínimo de energia possível.

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O sistema permitirá que drones autônomos possam aproveitar a força das correntes marítimas para auxiliar em seu deslocamento, evitando que as máquinas tenham que abrir caminho através delas, o que, além de consumir combustível e eletricidade em excesso, pode danificar os equipamentos.

"Quando queremos robôs para explorar o oceano, especialmente em enxames, é quase impossível controlá-los com um joystick a 20 mil pés de profundidade. Em vez disso, precisamos de equipamentos que possam navegar pelas correntes marítimas e tomar decisões sobre como se locomover por conta própria", explica o professor de engenharia da Caltech John O. Dabiri, coautor do estudo.

Teste de autonomia

Primeiramente, a inteligência artificial foi testada em um ambiente virtual utilizando um sistema de simulação de computador, mas os engenheiros também desenvolveram um robô do tamanho da palma da mão capaz de executar o algoritmo em uma situação real dentro d`água ou até em outros planetas.

Em qualquer um desses cenários, os drones autônomos precisariam tomar decisões sobre aonde ir e a maneira mais rápida e eficiente para chegar até lá, utilizando apenas informações referentes ao ambiente que estão experimentando em tempo real e sem a ajuda constante de um operador humano.

“Robôs totalmente mecânicos, capazes de executar esses algoritmos, podem até explorar oceanos em outros mundos, como na lua Europa de, Júpiter, ou na lua Encélado, de Saturno. Em ambos os casos, teríamos que delegar o controle às máquinas para que elas realizassem o trabalho sozinhas”, acrescenta Dabiri.

Aprendizagem por reforço

Para superar esse desafio, os pesquisadores utilizaram uma rede de aprendizagem por reforço que, ao contrário das redes neurais convencionais, são treinadas usando um conjunto de dados coletados enquanto a IA vivencia as experiências. Esse treinamento em tempo real permite a implantação do sistema em computadores muito menores e que consomem pouquíssima energia.

Os engenheiros utilizaram um ambiente virtual para simular o movimento do fluxo passando por um obstáculo na água, criando vários vórtices em direções opostas. Com isso, eles ensinaram a inteligência artificial a aproveitar regiões de baixa velocidade na esteira dos vórtices para chegar ao destino sem gastar muita energia. A mesma técnica foi aplicada com sucesso em robôs físicos, que tiveram acesso apenas às informações obtidas por meio de giroscópios e acelerômetros para navegar pelas correntes.

O próximo passo será testar o equipamento em um tanque de dois andares cheio d`água, instalado no campus da Caltech, para simular um ambiente marítimo de verdade, ensinando o drone autônomo a navegar pelas correntes oceânicas com esse sistema de aprendizagem por reforço.

“Esse tipo de navegação é análogo ao modo como águias e falcões viajam em bolsões térmicos, extraindo energia das correntes de ar para manobrar até um local desejado com o mínimo gasto de energia. Com isso, nós descobrimos que o algoritmo de aprendizagem por reforço pode aprender estratégias de navegação que são ainda mais eficazes do que aquelas usadas por peixes reais no oceano”, encerra Dabiri.

Fonte: Caltech