Robot con il senso del tatto, il chip di Intel che mima il cervello potrebbe rappresentare una svolta

Intel sta lavorando da tempo su Loihi, un chip di ricerca - anche detto "neuromorfico" - che si ispira al cervello umano e ha l'obiettivo di applicare i principi riscontrati nei cervelli biologici alle architetture informatiche. Per spingere lo sviluppo di questa nuova branca tecnologica, Intel ha istituito la "Neuromorphic Research Community", un ecosistema di gruppi accademici, laboratori governativi, istituti di ricerca e aziende in tutto il mondo che ha l'obiettivo di sviluppare ulteriormente il calcolo neuromorfico e innovative applicazioni di intelligenza artificiale.

Ed è proprio da un ateneo che arriva l'ultimo progresso. Dopo aver dimostrato la capacità di Loihi di "odorare" sostanze chimiche e riconoscerle rapidamente, due ricercatori della National University of Singapore (NUS) hanno usato il chip per sviluppare robot con il "senso" del tatto. Più precisamente, spiega Intel, "hanno presentato nuovi studi che dimostrano la possibilità di applicare alla robotica la visione event-based (più vicina all'esperienza visiva umana) e una sensibilità tattile abbinate al computing neuromorfico di Intel".

La board Intel Nahuku vista da vicino: può contenere fino a 32 chip Loihi.

Negli esseri umani il senso del tatto ha una sensibilità tale da percepire la differenza fra due superfici il cui spessore differisce di un solo strato molecolare; la maggior parte dei robot di oggi ne è sprovvista e opera unicamente sulla base dell'elaborazione visiva. I ricercatori di NUS contano di cambiare questo stato di cose usando la pelle artificiale da loro recentemente sviluppata, che è in grado di percepire stimoli tattili con una velocità più di 1.000 volte superiore rispetto al sistema nervoso umano, e di identificare la forma, consistenza e durezza di un oggetto 10 volte più rapidamente di un battito di ciglia.

Dotare un robot di un senso del tatto simile a quello umano può migliorarne notevolmente la funzionalità rispetto a oggi e anche potenzialmente accrescerne le modalità d'uso. Ad esempio, un braccio robotico dotato di pelle artificiale può adattarsi con facilità ai diversi oggetti prodotti in fabbrica, utilizzando il tatto per identificare e afferrare oggetti non familiari con la giusta pressione per evitare che sfuggano alla presa. La capacità di sentire e percepire meglio l'ambiente circostante potrebbe inoltre consentire un'interazione più ravvicinata e sicura fra robot e persone, ad esempio nella cura delle persone, o portarci più vicino all'automatizzazione delle operazioni chirurgiche grazie a un senso del tatto che gli attuali robot non hanno.

Il sistema robotico creato dai ricercatori del NUS comprende un cervello artificiale che mima reti neurali biologiche, le quali possono funzionare su un processore neuromorfico come Intel Loihi, ed è integrato con pelle artificiale e sensori di visione.

Mentre la creazione della pelle artificiale rappresenta un passo avanti nel dare vita a questa ambizione, è anche necessario un processore che sia in grado di trarre conclusioni accurate, in tempo reale, dai dati che arrivano dai sensori della pelle, mantenendo un livello di consumo energetico abbastanza efficiente da consentirne l'uso direttamente nel robot. "Realizzare un sensore ultrarapido per la pelle artificiale significa risolvere circa metà del problema di rendere più intelligenti i robot", ha dichiarato il Prof. Harold Soh del Dipartimento di Informatica della NUS School of Computing. "Per completare il puzzle, serve anche un cervello artificiale in grado di percepire e imparare".

Nell'esperimento iniziale i ricercatori hanno usato una mano robotica dotata di pelle artificiale per leggere il Braille, passando i dati di percezione tattile a Loihi attraverso il cloud in modo da convertire i microrilievi percepiti dalla mano in un significato semantico. Loihi ha raggiunto un'accuratezza superiore al 92% nel classificare le lettere Braille, utilizzando al contempo 20 volte meno energia rispetto a un processore Von Neumann standard.

Basandosi su questo lavoro, il team di NUS ha ulteriormente migliorato le capacità di percezione robotica combinando i dati visivi a quelli tattili nella rete neurale. Per fare ciò, hanno incaricato un robot di classificare vari contenitori opachi contenenti diverse quantità di liquido, utilizzando input sensoriali dalla pelle artificiale e una telecamera basata su eventi. Utilizzando gli stessi sensori tattili e di visione, hanno anche testato la capacità del sistema di percepire e identificare lo slittamento rotazionale, importante per una presa stabile.

Una volta acquisiti questi dati sensoriali, il team li ha inviati a una GPU e al chip di ricerca neuromorfica Loihi per confrontare le capacità di elaborazione. I risultati della ricerca, presentati questa settimana a Robotics: Science and Systems, dimostrano che la combinazione di visione e tatto basati su eventi utilizzando una rete neurale spiking ha consentito una precisione migliore del 10% nella classificazione degli oggetti rispetto a un sistema basato sulla sola visione. Inoltre, hanno dimostrato la potenzialità della tecnologia neuromorfica di essere utilizzata per tali dispositivi robotici, con Loihi che è in grado di elaborare i dati sensoriali il 21% più rapidamente rispetto alle più potenti GPU, usando 45 volte meno energia.

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"Siamo entusiasti di questi risultati. Mostrano che un sistema neuromorfico è un componente valido nella combinazione di molteplici sensori per migliorare la percezione dei robot. È un passo verso la costruzione di robot robusti ed energeticamente efficienti, in grado di rispondere rapidamente e appropriatamente a situazioni impreviste", ha aggiunto il Prof. Soh.