Обучение с подкреплением (RL, Reinforcement Learning) — это метод машинного обучения, при котором робот обучается нужному поведению через пробу и вознаграждение, а не по жёстко прописанной программе. Робот (в терминах RL — агент) совершает действия в среде, получает за них награду или штраф и постепенно, методом проб и ошибок, вырабатывает стратегию, приносящую наибольший результат. Это способ научить робота решать задачи, которые слишком сложно описать явными алгоритмами, — например, устойчиво ходить или ловко манипулировать предметами.

Ключевые понятия RL применительно к роботу:

  • Агент — сам робот (точнее, его управляющая система).
  • Среда — окружение, в котором он действует.
  • Состояние — текущая ситуация: поза робота, показания датчиков.
  • Действие — что робот может сделать (например, повернуть сустав).
  • Награда — числовая оценка результата: за движение вперёд — плюс, за падение — минус.
  • Стратегия (политика) — правило, по которому робот выбирает действие в данном состоянии; именно её он и обучает.

Классический пример — робот учится ходить: он пробует разные движения ног, за продвижение вперёд получает награду, за падение — штраф, и со временем «нащупывает» устойчивую походку, которую никто не программировал вручную.

Главная сложность RL в реальной робототехнике — цена ошибки. Обучение требует множества попыток, а падения и столкновения могут повредить дорогого робота или окружение, да и физические эксперименты идут медленно. Поэтому роботов часто сначала обучают в симуляции (на цифровом двойнике), где можно безопасно прогнать миллионы попыток, а затем переносят полученный навык на реальную машину — этот приём называют sim-to-real.

Обучение с подкреплением особенно ценно для сложных задач управления движением: шагающих и гуманоидных роботов, ловкой манипуляции, адаптации к незнакомым условиям. Оно всё активнее сочетается с глубокими нейросетями (глубокое обучение с подкреплением), что позволяет роботам осваивать поведение, недостижимое для традиционного программирования.

Источники:

  1. Обучение с подкреплением // Яндекс Образование, Хендбук по машинному обучению. URL:https://education.yandex.ru/handbook/ml/article/obuchenie-s-podkrepleniem
  2. Машинное обучение с подкреплением (RL) // SkillFactory. URL:https://blog.skillfactory.ru/mashinnoe-obuchenie-s-podkrepleniem-rl/