Intelligenza artificiale: una nuova tecnica integra la spontaneità del cervello animale nei robot

Le attività spontanee segni distintivi del comportamento animale

Una ragazza che cammina verso la fermata dell’autobus si rende conto di aver dimenticato il portafogli.  All’improvviso si volta e corre a casa.  Queste attività spontanee sono segni distintivi del comportamento animale. Desiderosi di catturare la natura del cervello umano, gli studiosi di intelligenza artificiale hanno cercato di imitare questo tipo di azioni.  Sino ad oggi la sfida non ha dato frutti.

Ma un recente studio su Science Advances offre un approccio semplice per padroneggiare questa impresa, inducendo una rete neurale computerizzata di intelligenza artificiale a passare spontaneamente tra diverse attività utilizzando algoritmi che imitano il caos controllato del cervello animale.

L’itineranza caotica e l’intelligenza artificiale

Il lavoro degli esperti consiste nel progettare la commutazione spontanea del comportamento sfruttando le “dinamiche caotiche”.  In genere, gli ingegneri progettano un robot per camminare e correre. Lo sperimentatore utilizzerebbe un dispositivo di controllo esterno per alternare questi comportamenti.  Ma per passare da un ambiente così controllato a uno in cui il robot può cambiare comportamento in modo autonomo, i ricercatori hanno cercato di emulare l’itineranza caotica.  Frequentemente osservata nel cervello degli animali, l’itineranza caotica si verifica quando un sistema passa in modo imprevedibile, ma deterministico, tra diversi schemi stereotipati, sia che si tratti di passeggiare, correre o qualsiasi altro comportamento.

Il modello di IA del 2006, gerarchico

Gli esperti di intelligenza artificiale hanno già cercato di imitare l’itineranza caotica. Un robot progettato nel 2006 ha simulato un bambino umano con sistemi somatosensoriali e centinaia di motori. Questi ultimi rappresentano i muscoli del corpo, ciascuno collegato a più oscillatori caotici, l’equivalente approssimativo dei motoneuroni.  I sistemi somatosensoriali comunicavano con gli oscillatori caotici, che poi segnalavano ai “muscoli” di muoversi.  Progettato per riprodurre lo sviluppo motorio umano precoce, il sistema riproduceva movimenti simili all’itineranza caotica alternando diversi comportamenti stereotipati.

Un altro lavoro di intelligenza artificiale ha cercato di progettare la alternanza spontanea dei comportamenti nei robot utilizzando una struttura gerarchica con una rete neurale di livello superiore che governa i moduli di livello inferiore che corrispondono a ciascun comportamento.  In questo tipo di esperimenti, tuttavia, l’apprendimento del robot con intelligenza artificiale dovrebbe richiedere molto tempo in generale.

Il nuovo modello di IA, non gerarchico

Per superare queste difficoltà, il nuovo studio ha saltato il disegno gerarchico. Invece, con una metodica che utilizza un framework di apprendimento automatico, i ricercatori hanno prima definito diversi possibili comportamenti e addestrato una rete neurale per riprodurli secondo i comandi.  Quindi i ricercatori hanno istruito la rete a passare da un comportamento all’altro in un ordine specifico.  Infine, hanno escogitato transizioni probabilistiche tra questi comportamenti utilizzando dinamiche caotiche.  Il risultato è stato un sistema con caratteristiche di itineranza caotica.

L’intuizione chiave dello studio: un modo più semplice ed elegante per progettare itineranza caotica.  L’obiettivo finale è realizzare in qualche modo azioni simili a quelle degli animali e gli animali hanno spontaneità.

I limiti ancora da superare per l’intelligenza artificiale

Il lavoro recente è stato, tuttavia, limitato a una rete neurale su un computer.  Questa mancanza di incarnazione indica un chiaro passo successivo che non è stato coinvolto nello studio.  La vera sfida è ora nella sua incarnazione e se si possono ottenere risultati simili.  In effetti, i ricercatori ora pianificano di passare dai computer ai robot fisici nella speranza di creare infine macchine che si comportino in modo autonomo e spontaneo.

Conclusioni

Un segno distintivo del cervello umano, la plasticità mentale consente alle persone di acquisire nuove conoscenze senza distruggere i vecchi ricordi.  Questi esperimenti di intelligenza artificiale sono un passo verso l’obiettivo finale: costruire un cervello sintetico che può avere memoria e che può interagire con l’ambiente attraverso un corpo artificiale. Inoltre, il cervello potrà essere utilizzato per lo studio di reti neuronali umane in medicina. Tra queste, quelle piramidali ed extrapiramidali, alla base del moto volontario e spontaneo, e quelle cerebellari, alla base della coordinazione motoria.

Agostino Fernicola

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