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Quinta-feira, Julho 7, 2022

AI supera campeões humanos no videogame Gran Turismo

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Para fazer uma curva ao longo da “linha de corrida” mais rápida sem perder o controle, os pilotos de carros de corrida devem frear, dirigir e acelerar em sequências precisamente cronometradas. O processo depende dos limites de atrito, e eles são governados por leis físicas conhecidas – o que significa que carros autônomos podem aprender a completar uma volta na velocidade mais rápida possível (como alguns ter já feito). Mas isso se torna um problema muito mais complicado quando o motorista automatizado precisa dividir espaço com outros carros. Agora os cientistas têm desvendou o desafio virtualmente treinando um programa de inteligência artificial para superar os competidores humanos no jogo de corrida ultrarrealista Gran Turismo Sport. As descobertas podem apontar pesquisadores de carros autônomos para novas maneiras de fazer essa tecnologia funcionar no mundo real.

A inteligência artificial já conquistou jogadores humanos dentro de certos videogames, como Starcraft II e Dota 2. Mas Gran Turismo difere de outros jogos de maneira significativa, diz Peter Wurman, diretor da Sony AI America e co-autor do novo estudo, que foi publicado esta semana em Natureza. “Na maioria dos jogos, o ambiente define as regras e protege os usuários uns dos outros”, explica. “Mas nas corridas, os carros estão muito próximos um do outro, e há um senso de etiqueta muito refinado que deve ser aprendido e implantado pelo piloto. [AI] agentes. Para vencer, eles precisam respeitar seus oponentes, mas também precisam preservar suas próprias linhas de direção e garantir que não cedam.”

Para ensinar as cordas ao programa, os pesquisadores da Sony AI usaram uma técnica chamada aprendizado por reforço profundo. Eles recompensaram a IA por certos comportamentos, como permanecer na pista, permanecer no controle do veículo e respeitar a etiqueta de corrida. Em seguida, eles liberaram o programa para tentar diferentes formas de corrida que permitiriam atingir esses objetivos. A equipe de IA da Sony treinou várias versões diferentes de sua IA, apelidada de Gran Turismo Sophy (GT Sophy), cada uma especializada em dirigir um tipo específico de carro em uma pista específica. Em seguida, os pesquisadores colocaram o programa contra os campeões humanos do Gran Turismo. No primeiro teste, realizado em julho passado, os humanos alcançaram a maior pontuação geral da equipe. Na segunda execução em outubro de 2021, a IA foi aprovada. Ele venceu seus inimigos humanos individualmente e em equipe, alcançando os tempos de volta mais rápidos.

Os jogadores humanos parecem ter levado suas perdas na tranqüilidade, e alguns gostaram de colocar sua inteligência contra a IA. “Algumas das coisas que ouvimos dos pilotos foi que eles também aprenderam coisas novas com as manobras de Sophy”, diz Erica Kato Marcus, diretora de estratégias e parcerias da Sony AI. “As linhas que a IA estava usando eram tão complicadas que eu provavelmente poderia fazê-las uma vez. Mas foi tão, tão difícil – eu nunca tentaria isso em uma corrida ”, diz Emily Jones, que foi finalista mundial do FIA-Certified Gran Turismo Championships 2020 e depois correu contra a GT Sophy. Embora Jones diga que competir com a IA a fez se sentir um pouco impotente, ela descreve a experiência como impressionante.

“As corridas, como muitos esportes, têm tudo a ver com chegar o mais próximo possível da volta perfeita, mas você nunca pode chegar lá”, diz Jones. “Com Sophy, foi uma loucura ver algo que era o perfeito colo. Não havia como ir mais rápido.”

A equipe da Sony agora está desenvolvendo ainda mais a IA. “Treinamos um agente, uma versão do GT Sophy, para cada combinação de pista de carro”, diz Wurman. “E uma das coisas que estamos analisando é: podemos treinar uma única política que possa rodar em qualquer carro em qualquer uma das pistas do jogo?” No lado comercial, a Sony AI também está trabalhando com o desenvolvedor do Gran Turismo, a Polyphony Digital, subsidiária da Sony Interactive Entertainment, para potencialmente incorporar uma versão do GT Sophy em uma atualização futura do jogo. Para fazer isso, os pesquisadores precisariam ajustar o desempenho da IA ​​para que ela possa ser um oponente desafiador, mas não invencível – mesmo para jogadores menos habilidosos do que os campeões que testaram a IA até agora.

Como o Gran Turismo fornece uma aproximação realista de carros específicos e pistas específicas – e dos parâmetros físicos exclusivos que governam cada um – essa pesquisa também pode ter aplicações fora dos videogames. “Acho que uma das peças interessantes, que diferencia isso do jogo Dota, é estar em um ambiente baseado em física”, diz Brooke Chan, engenheira de software da empresa de pesquisa em inteligência artificial OpenAI e coautora do livro Projeto OpenAI Five, que derrotou os humanos no Dota 2. “Não está no mundo real, mas ainda é capaz de emular características do mundo real, de modo que estamos treinando a IA para entender um pouco mais o mundo físico.” (Chan não estava envolvido com o estudo GT Sophy.)

“Gran Turismo é um simulador muito bom – é gamificado de algumas maneiras, mas realmente representa fielmente muitas das diferenças que você obteria com carros diferentes e pistas diferentes”, diz J. Christian Gerdes, professor da Universidade de Stanford. engenharia mecânica, que não esteve envolvida no novo estudo. “Esta é, na minha opinião, a coisa mais próxima de alguém publicar um artigo que diz que a IA pode enfrentar os humanos em um ambiente de corrida”.

Nem todos concordam completamente, no entanto. “No mundo real, você tem que lidar com coisas como ciclistas, pedestres, animais, coisas que caem de caminhões e caem na estrada que você precisa evitar, mau tempo, quebras de veículos – coisas assim”, diz Steven Shladoverum engenheiro de pesquisa do programa California Partners for Advanced Transportation Technology (California PATH) da University of California, Berkeley’s Institute of Transportation Studies, que também não esteve envolvido no Natureza papel. “Nenhuma dessas coisas aparece no mundo dos jogos.”

Mas Gerdes diz que o sucesso da GT Sophy ainda pode ser útil porque derruba certas suposições sobre a forma como os carros autônomos devem ser programados. Um veículo automatizado pode tomar decisões com base nas leis da física ou em seu treinamento de IA. “Se você olhar para o que está por aí na literatura – e, até certo ponto, o que as pessoas estão colocando na estrada – os planejadores de movimento tenderão a ser baseados em física na otimização, e as partes de percepção e previsão serão IA”, diz Gerdes. Com o GT Sophy, no entanto, o planejamento de movimento da IA ​​(como decidir como abordar uma curva no limite máximo de seu desempenho sem causar um acidente) foi baseado no lado da IA ​​da fórmula. “Acho que a lição para os desenvolvedores de carros automatizados é: há um ponto de dados aqui que talvez algumas de nossas noções preconcebidas – que certas partes desse problema são melhor feitas em física – precisem ser revisitadas”, diz ele. “A IA pode ser capaz de jogar lá também.”

Gerdes também sugere que a conquista da GT Sophy pode trazer lições para outros campos em que humanos e sistemas automatizados interagem. No Gran Turismo, ele ressalta, a IA deve equilibrar o difícil problema de alcançar a rota mais rápida ao redor da pista com o difícil problema de interagir suavemente com humanos muitas vezes imprevisíveis. “Se tivermos um sistema de IA que possa tomar algumas decisões sofisticadas nesse ambiente, isso pode ter aplicabilidade – não apenas para direção automatizada”, diz Gerdes, “mas também para interações como cirurgia assistida por robô ou máquinas que ajudam em casa . Se você tem uma tarefa em que um humano e um robô estão trabalhando juntos para mover algo, isso é, de certa forma, muito mais complicado do que o robô tentando fazer isso sozinho.”



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