適應(yīng)新環(huán)境！液體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)教授無(wú)人機(jī)導(dǎo)航新技能

麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的研究人員介紹了一種方法，使無(wú)人機(jī)能夠在復(fù)雜和陌生的環(huán)境中掌握基于視覺(jué)的飛向目標(biāo)任務(wù)。該團(tuán)隊(duì)使用了不斷適應(yīng)新數(shù)據(jù)輸入的液體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

麻省理工學(xué)院CSAIL的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，液體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在未知領(lǐng)域（如森林、城市景觀和增加噪聲、旋轉(zhuǎn)和遮擋的環(huán)境）中做出可靠決策方面表現(xiàn)出色。這些網(wǎng)絡(luò)在導(dǎo)航任務(wù)中的表現(xiàn)甚至優(yōu)于許多最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)，該團(tuán)隊(duì)希望它能夠?qū)崿F(xiàn)潛在的現(xiàn)實(shí)世界無(wú)人機(jī)應(yīng)用，如搜索和救援、交付和野生動(dòng)物監(jiān)測(cè)。

“我們對(duì)學(xué)習(xí)的機(jī)器人的控制方法感到興奮，因?yàn)樗鼮榻鉀Q在一個(gè)環(huán)境中訓(xùn)練和在完全不同的環(huán)境中部署而無(wú)需額外訓(xùn)練時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題奠定了基礎(chǔ)，”CSAIL主任Daniela Rus麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授 Andrew(1956)和Erna Viterbi說(shuō)?！拔覀兊膶?shí)驗(yàn)表明，我們可以有效地教無(wú)人機(jī)在夏季定位森林中的物體，然后在冬季部署該模型，周?chē)h(huán)境截然不同，甚至在城市環(huán)境中執(zhí)行各種任務(wù)，例如尋找和跟隨。我們的解決方案使這種適應(yīng)性成為可能?！边@些靈活的算法有一天可以幫助隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)流做出決策，該團(tuán)隊(duì)的新型機(jī)器學(xué)習(xí)算法從高維、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中捕捉任務(wù)。

例如來(lái)自無(wú)人機(jī)攝像頭的像素輸入，然后，液態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取任務(wù)的關(guān)鍵方面并忽略不相關(guān)的特征，從而使獲得的導(dǎo)航技能能夠?qū)⒛繕?biāo)無(wú)縫轉(zhuǎn)移到新環(huán)境。

在他們的研究中，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)液體網(wǎng)絡(luò)提供了有希望的初步跡象，表明它們有能力解決深度機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵弱點(diǎn)。許多機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)都在努力捕捉因果關(guān)系，經(jīng)常過(guò)度擬合他們的訓(xùn)練數(shù)據(jù)并且無(wú)法適應(yīng)新環(huán)境或不斷變化的條件。這些問(wèn)題對(duì)于資源有限的嵌入式系統(tǒng)尤其普遍，例如需要穿越各種環(huán)境并對(duì)障礙物做出即時(shí)響應(yīng)的無(wú)人機(jī)。

該系統(tǒng)首先接受了人類(lèi)飛行員收集的數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，以了解它如何在風(fēng)景和條件發(fā)生劇烈變化的情況下將學(xué)到的導(dǎo)航技能轉(zhuǎn)移到新環(huán)境中。傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只在訓(xùn)練階段學(xué)習(xí)，而液體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)可以隨時(shí)間變化。這使它們對(duì)意外或嘈雜的數(shù)據(jù)具有可解釋性和彈性。

在一系列四旋翼閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)中，MIT CSAIL的無(wú)人機(jī)經(jīng)歷了距離測(cè)試、壓力測(cè)試、目標(biāo)旋轉(zhuǎn)和遮擋、與對(duì)手的徒步旅行、物體之間的三角環(huán)路和動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤。無(wú)人機(jī)能夠跟蹤移動(dòng)目標(biāo)并在全新環(huán)境中執(zhí)行對(duì)象之間的多步循環(huán)。

麻省理工學(xué)院CSAIL的團(tuán)隊(duì)希望無(wú)人機(jī)能夠從有限的專(zhuān)家數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)并理解給定任務(wù)，同時(shí)泛化到新環(huán)境，從而使自主無(wú)人機(jī)的部署更加高效、更具成本效益和可靠。液態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以使自主空中機(jī)動(dòng)無(wú)人機(jī)成為環(huán)境監(jiān)測(cè)器、包裹遞送員、自動(dòng)駕駛汽車(chē)和機(jī)器人助手。

審核編輯黃宇