جالب است بدانید که ربات‌ها می‌توانند رفتارهای مختلف را بدون نیاز به برنامه‌ریزی دقیق یاد بگیرند. مثلا تصور کنید یک ربات بتواند راه رفتن را در محیط‌های ناهموار یا گرفتن اشیا با دقت بالا را فقط با آزمون و خطا یاد بگیرد. این قدرت، از یادگیری تقویتی برای ربات‌ها می‌آید.

دوره‌های آموزشی آکادمی چابک

با تخفیف‌های ویژه آکادمی چابک، یادگیری را شروع کنید!

مشاهده دوره‌ها

یادگیری تقویتی، روشی است که در آن ربات از محیطش بازخورد می‌گیرد و با تقویت رفتارهای درست، به اهدافش نزدیک‌تر می‌شود. با این تکنیک‌ها ربات‌ها سریع‌تر، دقیق‌تر و هوشمندتر عمل می‌کنند و این همان چیزی است که در دنیای رباتیک امروز به شدت مورد نیاز است. در ادامه این مطلب همراه ما باشید تا با مفهوم بهینه‌سازی ربات‌ها با یادگیری تقویتی آشنا شوید.

یادگیری تقویتی ( Reinforcement Learning ) چیست ؟

یادگیری تقویتی ( Reinforcement Learning – RL ) یکی از شاخه‌های هوش مصنوعی است. در این روش، عامل (که می‌تواند ربات باشد) با محیطش تعامل می‌کند. هر بار که یک رفتار درست انجام دهد، پاداش دریافت می‌کند. اگر اشتباه کند، ممکن است جریمه شود. به مرور زمان، ربات یاد می‌گیرد که رفتارهایش را چگونه اصلاح کند تا بیشترین پاداش را بگیرد.

برای ربات‌ها، این نوع یادگیری مثل یک بازی است. آن‌ها یاد می‌گیرند که چگونه در محیط‌های مختلف تصمیم‌های بهینه بگیرند. مثلا یک بازوی رباتیک یاد می‌گیرد که چگونه با کمترین مصرف انرژی، یک شی را بلند کند یا یک ربات متحرک بتواند از موانع عبور کند.

چرا یادگیری تقویتی برای ربات‌ها مهم است؟

ربات‌ها در محیط‌های مختلفی استفاده می‌شوند. از خطوط تولید صنعتی گرفته تا محیط‌های خانگی و حتی در فضا! هر محیطی نیازهای خاص خودش را دارد. یادگیری تقویتی موجب می‌شود ربات‌ها در هر شرایطی خودشان را تطبیق دهند.

چند مزیت مهم این روش به شرح زیر هستند:

• تطبیق‌پذیری شبیه به انسان داشته باشند: ربات‌ها می‌توانند خود را با محیط‌های جدید وفق دهند.
• در زمان و هزینه صرفه‌جویی کنید: نیازی به برنامه‌ریزی دستی برای هر وظیفه نیست.
• عملکرد ربات‌ها را بهبود دهید: ربات‌ها می‌توانند وظایف را سریع‌تر و با دقت بیشتری انجام دهند.

مراحل اصلی یادگیری تقویتی برای ربات‌ها

برای پیاده‌سازی یادگیری تقویتی، باید چند مرحله را طی کنید. هر کدام از این مراحل نقش مهمی در موفقیت ربات دارند.

1. آماده‌سازی محیط شبیه‌سازی

ربات‌ها نمی‌توانند همه چیز را مستقیما در دنیای واقعی یاد بگیرند. آموزش اولیه در شبیه‌سازهایی مثل PyBullet یا Gazebo انجام می‌شود. این شبیه‌سازها محیط‌هایی شبیه به دنیای واقعی ایجاد می‌کنند و به ربات اجازه می‌دهند بدون خطر آسیب‌دیدن، تمرین کند.

2. طراحی مدل یادگیری

ربات‌ها باید بدانند چه چیزی را ببینند (فضای مشاهده) و چه کاری انجام دهند (فضای عمل). مثلا برای یک ربات متحرک، موقعیت و سرعت از موارد ضروری در فضای مشاهده هستند. اما بازوی رباتیک نیاز به اطلاعاتی درباره گشتاور مفاصل دارد.

3. تعریف پاداش

پاداش در یادگیری تقویتی مثل یک چراغ راهنماست. به ربات می‌گوید کدام رفتارها درست هستند. مثلا اگر ربات توانست از یک مانع عبور کند، پاداش می‌گیرد. اما اگر انرژی زیادی مصرف کند یا زمین بخورد، جریمه می‌شود.

4. انتخاب الگوریتم یادگیری

الگوریتم‌های مختلفی برای RL وجود دارد. مثلا الگوریتم PPO یا SAC می‌توانند به ربات کمک کنند تا از تجربیاتش درس بگیرد و تصمیمات بهتری بگیرد.

چه مسائلی در مسیر یادگیری تقویتی برای ربات‌ها وجود دارد؟

هرچند یادگیری تقویتی برای ربات‌ها خیلی فوق‌العاده است اما مسائلی نیز در کنار خود دارد. یکی از بزرگ‌ترین مشکلات، انتقال از شبیه‌ساز به دنیای واقعی است. مدلی که در شبیه‌ساز خوب عمل می‌کند، احتمال دارد در واقعیت به مشکل بخورد. برای حل این مشکل، می‌توان از داده‌های حسگرهای واقعی برای بهبود دقت مدل استفاده کرد. یکی دیگر از مسائل اصلی، نیاز به داده‌های زیاد است. یادگیری تقویتی زمان‌بر است. استفاده از تکنیک‌های ترکیبی و شتاب‌دهنده‌های سخت‌افزاری می‌تواند این فرآیند را سریع‌تر کند.

مدل‌های یادگیری تقویتی با Python

یکی از بهترین زبان‌ها برای یادگیری تقویتی Python است. با کمک کتابخانه‌هایی مثل Stable-Baselines3، می‌توانید به راحتی یک مدل RL ایجاد کنید. در ادامه یک مثال ساده برای شروع آورده شده است:

from stable_baselines3 import PPO

import gym

# ایجاد محیط

env = gym.make(‘CartPole-v1’)

# ساخت مدل PPO

model = PPO(“MlpPolicy”, env, verbose=1)

# آموزش مدل

model.learn(total_timesteps=10000)

# تست مدل

obs = env.reset()

for _ in range(1000):

action, _ = model.predict(obs)

obs, _, done, _ = env.step(action)

if done:

obs = env.reset()

این کد ساده نشان می‌دهد که چگونه می‌توانید مدل یادگیری تقویتی خود را آموزش داده و آزمایش کنید.

بیایید یادگیری را آغاز کنیم!

اگر مشتاق هستید که یادگیری تقویتی را به صورت کاربردی بیاموزید و ربات‌های هوشمند طراحی کنید، آکادمی چابک این فرصت را برای شما فراهم کرده است. دوره‌های ما به گونه‌ای طراحی شده‌اند که حتی مبتدی‌ها هم بتوانند وارد دنیای هوش مصنوعی شوند. از برنامه‌نویسی Python گرفته تا آموزش RL برای ربات‌ها، همه چیز در آکادمی چابک برای شما مهیاست. همین حالا برای آینده‌تان تصمیم بگیرید.

منابع​

spinningup.openai.com