「基本的に、私たちの仕事は、カオスダイナミクスを使用して自発的なスイッチング動作を設計する方法に関するものです」と、日本の東京大学の応用数学者である共著者の中島浩平は言います。通常、エンジニアは歩いて走るロボットを設計し、実験者は外部のハンドヘルドコントローラーを使用してこれらの「動作」を切り替えることができます。しかし、そのような制御された環境からロボットが自律的に行動を切り替えることができる環境に飛躍するために、研究者たちは混沌とした動きをシミュレートしようとしました。動物やその他の動的システムの脳によく見られるカオスルーティングは、システムが予測できないが決定論的に、ウォーキング、ランニング、その他の動作など、いくつかのステレオタイプのパターンを切り替えるときに発生します。
過去の経験
東京大学の大学院生である筆頭著者の井上勝馬氏は、ロボティクスは過去に混沌とした動きを模倣しようと努めてきたと述べています。2006年に作成された1つのロボットは、体性感覚システムと体の筋肉を表す数百のモーターを備えた人間の幼児をモデル化し、それぞれがいくつかのカオスオシレーター（モーターニューロンの大まかな同等物）に接続されています。体性感覚システムはカオスオシレーターと相互作用し、それが「筋肉」に動きを知らせます。人間の運動能力の初期の発達を模倣するように設計されたこのシステムは、這うことや転がることを含むいくつかの典型的な行動を交互にすることによって、混沌としたような動きを再現しました。
この画像の青、オレンジ、緑の形状は、ロボットの脳が自律的に切り替わるように作成者が設計したさまざまな動作を表しています。これを行うために、研究者はカオス運動と呼ばれる現象の特徴を作成しました。「混沌とした旅程による自発的な行動の切り替えの設計」（井上勝馬、中島浩平、国吉康夫）の講演からの画像。
他の研究は、各タイプの動作に対応する低レベルのモジュールを駆動する高レベルのニューラルネットワークを備えた階層構造を使用して、ロボットの自発的なスイッチング動作を開発することに焦点を当てています。しかし、中島浩平氏によると、これらの実験では学習プロセスに多くの時間がかかります。
システムはどのようにユニークですか？
これらの問題を克服するために、日本の研究者は階層設計を使用しませんでした。代わりに、機械学習フレームワークを使用した3段階の方法で、研究者は最初にいくつかの可能な動作を特定し、コマンドに従ってそれらを再現するようにニューラルネットワークをトレーニングしました。次に、研究者は、特定の順序でこれらの動作を切り替えるようにネットワークをトレーニングし、最終的に、カオスダイナミクスを使用してこれらの動作間の確率的遷移を開発しました。その結果、混沌とした動きの特徴を備えたシステムが生まれました。
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次は何が起こるのだろう？
研究の重要なアイデアは、動物のそれと同様に、自発的な移動を実現するためのよりシンプルでエレガントな方法を作成することです。ただし、この調査の実装は、これまでコンピュータ上のニューラルネットワークに限定されていました。研究者たちは現在、自律的かつ自発的に動作するマシンを最終的に作成することを期待して、コンピューターから物理ロボットに移行することを計画しています。
人間の脳の特徴である心の可塑性は、人々が古い記憶を破壊することなく新しい知識を獲得することを可能にします。科学者たちは、この研究を、人工体を介して環境と相互作用できる記憶を持つことができる合成脳を作成するためのステップと見なしています。
参考文献一覧：
- Adam Smith. AI with “spontaneous” behaviour like animals developed [ ]. URL: www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/scientists-ai-spontaneous-behaviour-animals-b1762407.html
- Amy MacDermott. New technique builds animal brain–like spontaneity into AI [ ]. URL: blog.pnas.org/2020/11/new-technique-builds-animal-brain-like-spontaneity-into-ai
- : Katsuma Inoue, Kohei Nakajima, Yasuo Kuniyoshi. Designing spontaneous behavioral switching via chaotic itinerancy [ ]. URL: advances.sciencemag.org/content/advances/6/46/eabb3989.full.pdf