MY.UAНовости
Исследование: состязательное обучение нейронных сетей снижает уровень безопасности в роботах
Исследование: состязательное обучение нейронных сетей снижает уровень безопасности в роботах

Исследование: состязательное обучение нейронных сетей снижает уровень безопасности в роботах

Использование автономных мобильных роботов в открытых рабочих средах, таких как склады и промышленные предприятия, растет, особенно с учетом ограничений, создаваемых глобальной пандемией. Благодаря достижениям в области алгоритмов глубокого обучения и сенсорных технологий промышленные роботы становятся более универсальными и менее дорогостоящими.

Однако, безопасность и защита остаются двумя основными проблемами робототехники. Нынешние методы, используемые для решения этих двух проблем, могут давать противоречивые результаты. Ученые из Института науки и технологий Австрии, Массачусетского технологического института и Технического университета Вены провели исследование и обнаружили, что применение состязательных методов машинного обучения в нейронных сетях роботов негативно влияет на их уровень безопасности.

С одной стороны, инженеры по машинному обучению должны обучать свои модели глубокого обучения на множестве естественных примеров, чтобы убедиться в безопасности их применения в различных условиях окружающей среды. С другой, они должны обучать те же самые модели на примерах состязательности, чтобы злоумышленники не могли скомпрометировать их поведение с помощью подделанных изображений.

Состязательное обучение может оказать существенное негативное влияние на безопасность роботов, как отмечается в научной статье «Состязательное обучение не готово к подготовке роботов», которая была представлена на Международной конференции по робототехнике и автоматизации (ICRA 2021). Исследование показывает, что в этой области необходимы новые способы повышения устойчивости к противодействию в глубоких нейронных сетях, используемых в робототехнике, без снижения их точности и безопасности.

Как происходит состязательное обучение

Глубокие нейронные сети используют статистические закономерности в данных для выполнения задач прогнозирования или классификации. Это делает их очень хорошими в решении задач компьютерного зрения, таких как обнаружение объектов. Но использование статистических шаблонов также делает нейронные сети чувствительными к примерам противодействия.

Противоречивый пример - это изображение, которое было тонко изменено, чтобы модель глубокого обучения неправильно его классифицировала. Обычно это происходит путем добавления слоя шума к нормальному изображению. Каждый пиксель шума изменяет числовые значения изображения очень незначительно, достаточно, чтобы быть незаметным для человеческого глаза. Но когда они складываются вместе, значения шума нарушают статистические закономерности изображения, что затем заставляет нейронную сеть принимать его за что-то еще.

Примеры состязательных действий и атак стали горячей темой для обсуждения на конференциях по искусственному интеллекту и безопасности. Есть опасения, что состязательные атаки могут стать серьезной проблемой для безопасности, поскольку глубокое обучение становится все более заметным в физических задачах, таких как робототехника и беспилотные автомобили. Тем не менее, борьба с уязвимостями, связанными с состязательным процессом обучения машин, остается проблемой.

Один из самых известных методов защиты - это «состязательное обучение», процесс, который настраивает ранее обученную модель глубокого обучения на примерах состязательности. В состязательном обучении программа генерирует набор состязательных примеров, которые неверно классифицируются целевой нейронной сетью. Затем нейронная сеть переобучается на этих примерах и их правильных метках. Тонкая настройка нейронной сети на многих примерах соперничества делает ее более устойчивой к атакам злоумышленников.

Состязательное обучение приводит к небольшому снижению точности прогнозов модели глубокого обучения. Но такое ухудшение считается приемлемым компромиссом с точки зрения устойчивости к атакам.

Однако в приложениях робототехники состязательное обучение может вызвать нежелательные побочные эффекты.

«Во многих публикациях по глубокому обучению, машинному обучению и искусственному интеллекту мы часто видим утверждения о том, что «нейронные сети небезопасны для робототехники, потому что они уязвимы для состязательных атак» для оправдания некоторых новых методов проверки или состязательного обучения», - говорит Матиас Лехнер, кандидат наук.

Лехнер и другие соавторы исследования хотели проверить, всегда ли оправдан компромисс между чистой и надежной точностью в состязательном обучении в робототехнике. Они обнаружили, что, хотя такая практика улучшает состязательную надежность моделей глубокого обучения в задачах классификации на основе видения, она может вводить новые профили ошибок в обучении роботов.

Состязательное обучение в роботизированных приложениях


Допустим, есть обученная сверточная нейронная сеть и ее можно использовать для классификации набора изображений, хранящихся в папке. Если нейронная сеть хорошо обучена, она классифицирует большинство из них правильно, а на некоторых может ошибаться.

А теперь представьте, что кто-то вставляет две дюжины состязательных примеров в папку изображений. Злоумышленник намеренно манипулирует этими изображениями, чтобы нейронная сеть неверно их классифицировала. Обычная нейронная сеть попадет в ловушку и выдаст неверный результат. Но нейронная сеть, прошедшая обучение состязательности, классифицирует большинство из них правильно. Однако при этом может наблюдаться небольшое снижение производительности и неправильная классификация некоторых других изображений.

В задачах статической классификации, где каждое входное изображение не зависит от других, это падение производительности не является большой проблемой, если ошибки не возникают слишком часто. Но в роботизированных приложениях модель глубокого обучения взаимодействует с динамической средой. Изображения, передаваемые в нейронную сеть, поступают в непрерывной последовательности, зависящей друг от друга. В свою очередь, робот физически манипулирует окружающей средой.

«В робототехнике имеет значение, где возникают ошибки, по сравнению с компьютерным зрением, которое в первую очередь касается количества ошибок», - говорит Лехнер.

Например, рассмотрим две нейронные сети, A и B, каждая с 5-процентной частотой ошибок. С точки зрения чистого обучения обе сети одинаково хороши. Но в роботизированной задаче, где сеть работает в цикле и делает несколько прогнозов в секунду, одна сеть может превзойти другую. Например, ошибки сети A могут возникать спорадически, что не будет большой проблемой. Напротив, сеть B может делать несколько ошибок подряд и вызывать сбой робота. Хотя обе нейронные сети имеют одинаковую частоту ошибок, одна безопасна, а другая нет.

Другая проблема с классическими метриками оценки заключается в том, что они измеряют только количество неправильных классификаций, вызванных состязательным обучением, и не учитывают пределы ошибок.

«В робототехнике имеет значение, насколько ошибки отклоняются от правильного предсказания», - говорит Лехнер. «Например, допустим, наша сеть ошибочно классифицирует грузовик как легковой автомобиль или как пешехода. С точки зрения чистого обучения оба сценария считаются ошибочной классификацией, но с точки зрения робототехники неправильная классификация пешехода может иметь гораздо худшие последствия, чем неправильная классификация автомобиля».

Ошибки, вызванные состязательным обучением

Исследователи обнаружили, что «обучение безопасности предметной области», более общая форма состязательного обучения, вводит три типа ошибок в нейронных сетях, используемых в робототехнике: системные, временные и условные.

Временные ошибки вызывают резкие сдвиги в точности нейронной сети. Условные ошибки приведут к отклонению модели глубокого обучения от истины в определенных областях. А системные ошибки вызывают сдвиги в точности модели в масштабах всего домена. Все три типа ошибок могут создавать угрозу безопасности.

Чтобы проверить эффект своих выводов, исследователи создали экспериментального робота, который должен следить за окружающей средой, читать команды жестов и перемещаться, не сталкиваясь с препятствиями. Робот использует две нейронные сети. Сверточная нейронная сеть обнаруживает команды жестов через видеовход, поступающий с камеры, прикрепленной к передней части робота. Вторая нейронная сеть обрабатывает данные, поступающие от лидарного датчика, установленного на роботе, и отправляет команды двигателю и системе рулевого управления.

Исследователи протестировали нейронную сеть обработки видео с тремя различными уровнями состязательного обучения. Их результаты показывают, что чистая точность нейронной сети значительно снижается по мере увеличения уровня состязательного обучения. «Наши результаты показывают, что современные методы обучения не могут обеспечить нетривиальную состязательную надежность классификатора изображений в контексте роботизированного обучения», - пишут исследователи.

«Мы заметили, что наша обученная злоумышленником сеть зрения ведет себя прямо противоположно тому, что мы обычно понимаем как «надежная», - говорит Лехнер. «Например, он время от времени включал и выключал робота без какой-либо четкой команды от человека-оператора. В лучшем случае такое поведение раздражает, в худшем - приводит к сбою робота».

Нейронная сеть на основе лидаров не подвергалась состязательному обучению, но была обучена, чтобы обеспечить дополнительную безопасность и предотвратить движение робота вперед, если на его пути был объект. Это привело к тому, что нейронная сеть стала слишком оборонительной и избегала благоприятных сценариев, таких как узкие коридоры.

«Для стандартной обученной сети такой же узкий коридор не был проблемой, - сказал Лехнер. «Кроме того, мы никогда не наблюдали, как стандартная обученная сеть разбивала робота, что снова ставит под сомнение всю суть, почему мы вообще проводим состязательное обучение».

Будущая работа над состязательной устойчивостью

«Наши теоретические вклады, хотя и ограниченные, предполагают, что состязательное обучение, по сути, переоценивает важность различных частей предметной области», - говорит Лехнер, добавляя, что для преодоления негативных побочных эффектов состязательных методов обучения исследователи должны сначала признать, что устойчивость к противодействию является второстепенной задачей, а высокая стандартная точность должна быть основной целью в большинстве приложений.

Соревновательное машинное обучение остается активной областью исследований. Ученые в сфере ИИ разработали различные методы защиты моделей машинного обучения от враждебных атак, в том числе архитектуры, вдохновленные нейробиологией, методы модального обобщения и случайное переключение между различными нейронными сетями. Время покажет, станет ли какой-либо из этих или будущих методов золотым стандартом состязательности.

Более фундаментальная проблема, также подтвержденная Лехнером и его соавторами, - это отсутствие причинно-следственной связи в системах машинного обучения. Пока нейронные сети сосредоточены на изучении поверхностных статистических закономерностей в данных, они будут оставаться уязвимыми для различных форм состязательных атак. Изучение причинно-следственных связей может быть ключом к защите нейронных сетей от враждебных атак. Но изучение причинно-слдественных связей само по себе является серьезной проблемой, и ученые все еще пытаются выяснить, как ее решить.

«Отсутствие причинно-следственной связи - это то, как состязательные уязвимости попадают в сеть в первую очередь», - говорит Лехнер. «Изучение более совершенных причинно-следственных связей определенно поможет повысить надежность противостояния».

«Однако, - добавляет ученый, - мы можем столкнуться с ситуацией, когда нам придется выбирать между причинно-следственной моделью с меньшей точностью и большой стандартной сетью».

По материалам: Bdtechtalks.com

Поделиться
Поделиться сюжетом
Источник материала
Сергій Стерненко: На нас чекають загрози, набагато більші за реактивні "Шахеди"
Украинская правда
2026-11-03T03:36:50Z
Частина жителів Олешків відмовилася від евакуації попри голод і небезпеку – журналіст
Лига
2026-11-01T19:27:22Z
З’їв десерт — і помер: турист помер через фатальну помилку в кафе
TSN
2026-10-21T19:51:48Z
Церковне свято 3 листопада: кого вітати з іменинами та що віщують прикмети
Политека
2026-11-03T05:03:25Z
Штрафи за порушення військового обліку: у ТЦК назвали, скільки доведеться заплатити
Политека
2026-11-03T06:30:21Z
Жінка продає хату в селі біля Румунії за $8500: українці здивувалися
Фокус
2026-11-03T05:39:55Z
Поїздки зриваються: прикордонники розвертають супровідників осіб з інвалідністю
Знай
2026-10-31T21:45:56Z
Маск звинуватив ЗСУ в порушенні правил Starlink та заявив про обмеження
ГЛАВКОМ NET
2026-10-24T22:01:50Z
Зимовий час: коли треба перевести стрілки
ZN UA
2026-10-21T22:06:53Z
Трамп зробив несподівану заяву про Маска на тлі загрози втрати контролю над Конгресом
InternetUA
2026-11-03T05:54:49Z
Командувач «Азову» Прокопенко відреагував на сутички під Києвом
ГЛАВКОМ NET
2026-11-02T21:51:45Z
Вибори в США вже йдуть: хто лідирує, як рахують голоси і коли будуть результати
Комсомольская правда
2026-11-03T04:33:08Z
Рубіо озвучив головну вимогу Росії для завершення війни
ГЛАВКОМ NET
2026-10-24T00:43:55Z
У Британії попередили про ризик кібератак на інфраструктуру з ШІ у найближчі два роки
Европейская правда
2026-11-03T06:27:17Z
Трамп спробував оскаржити участь тисяч виборців. Верховний суд відмовився розглядати справу
ГЛАВКОМ NET
2026-11-03T06:21:04Z
"Усі згодні з рішенням": Трамп заговорив про "пекельні санкції" проти РФ після повернення Габбарда до США
TSN
2026-10-22T18:55:53Z
Кремль знайшов нову причину не домовлятися з Україною: до чого тут удари ЗСУ
ГЛАВКОМ NET
2026-11-02T01:21:44Z
«Чого вони бояться»: Зеленський відповів на забаганки Путіна та висміяв вимогу РФ
GlavRed
2026-11-01T19:21:16Z
Погода в Україні на тиждень: 2 – 8 листопада 2026 року
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T18:03:28Z
Дрони вдарили по інфраструктурі Києва: які райони лишилися без води та світла
Знай
2026-11-02T05:36:51Z
Київ під ударом балістики, лунають вибухи: перші деталі
TSN
2026-10-21T19:51:52Z
Дрова можуть зіпсуватися навіть у дровітні: скільки років їх можна зберігати
GlavRed
2026-10-22T01:24:28Z
Київ, Київщина та Дніпропетровщина залишилися без графіків відключень світла
Gazeta UA
2026-11-03T06:33:50Z
Погода в Україні 3 листопада: синоптики попередили, де ще втримаються останні +15° перед різким похолоданням
Политека
2026-11-03T06:27:09Z
Київ здригнувся від вибухів: що відомо про нічну балістичну атаку
Фокус
2026-10-21T23:46:18Z
Знову атака балістики серед ночі: у Києві пролунала серія вибухів
24tv
2026-10-21T23:12:59Z
На Київщині введено жорсткі графіки погодинних відключень електроенергії на 3 листопада
Известия Киев
2026-11-03T06:24:53Z
У Києві чоловік помер під час лікування зубів, дружина подала позов на клініку
ГЛАВКОМ NET
2026-11-01T18:09:10Z
Дрони знову атакували станцію «Самара» – найбільший нафтохаб Європи
ГЛАВКОМ NET
2026-11-02T05:27:01Z
Ракети вдарили по заводу "Протон" у Орлі: можливе влучання "Фламінго" чи Storm Shadow
Фокус
2026-10-23T16:46:25Z
Смертельна ДТП у Бабаях: виїзд із другорядної дороги призвів до загибелі двох людей
Мій Харків
2026-10-22T11:43:17Z
Киянина пограбували на 160 тисяч гривень псевдоправоохоронці, які вдерлися до його квартири
InternetUA
2026-11-03T06:27:01Z
Дві центральні області України у вибухах: «прильоти» по енергетиці та людях
TSN
2026-11-03T06:21:27Z
В Росії розбився винищувач Су-30СМ — перші деталі
TSN
2026-10-21T17:12:04Z
На Кіровоградщині засудили адміністратора Telegram-спільноти про ТЦК
InternetUA
2026-10-22T20:43:00Z
Безпілотник Норвегії впав у Польщі: що відомо
ГЛАВКОМ NET
2026-10-21T21:54:17Z
Камалія вперше назвала ім'я чоловіка, який побив її на тлі ревнощів: Я кохала його всім серцем
Комсомольская правда
2026-11-02T08:24:49Z
Брітні Спірс збентежила фанатів: показала танець у прозорому спідньому
Фокус
2026-10-22T07:36:17Z
"Збираю себе докупи": Ірина Федишин показала перше фото з лікарні після втрати доньки
24tv
2026-10-21T19:21:37Z
Розлучився після 25 років шлюбу: легенда "Ліверпуля" заручився із моделлю, молодшою на 16 років
Фокус
2026-10-21T18:33:33Z
До сліз: KARTA SVITU заспівали про Київ і пояснили, чому ми «сумні і веселі»
Вива
2026-11-03T06:30:09Z
Ірина Сопонару з чоловіком виїжджає з Києва і розкрила, де тепер житиме: "Тримались, скільки могли"
TSN
2026-11-03T05:36:09Z
"Не холостяк": Цимбалюк ефектно привів свою кохану на "Голос країни" і відповів на питання про весілля
Фокус
2026-10-26T02:49:05Z
Відомий український продюсер захворів на рак: як він дізнався діагноз
Вива
2026-10-21T18:18:08Z
Юрій Нікітін розкрив, чому Вєрка Сердючка не перекладає хіти українською мовою
Вива
2026-10-21T20:03:58Z
"Мені боляче": Alyona Alyona показала живіт після зменшення шлунка
GlavRed
2026-10-26T08:55:38Z
Німецький метод проти конденсату: просто, дешево та ефективно для кожного
GlavRed
2026-10-26T17:06:22Z
Як заквасити капусту, щоб була хрусткою: 5 важливих секретів
GlavRed
2026-10-25T14:54:09Z
Садівників закликали обприскати троянди молоком у жовтні – у чому причина
GlavRed
2026-10-26T11:27:50Z
Колір шкірки може "збрехати": як вибрати стиглі і солодкі банани
GlavRed
2026-11-03T02:18:06Z
Електролітні напої потрібні не всім: кому популярний тренд може зашкодити
TSN
2026-11-03T01:06:22Z
Не можете заснути вночі?: 5 незвичних способів проти безсоння
TSN
2026-10-21T16:21:13Z
Один невдалий рух загрожує інсультом: що насправді відбувається, коли ви хрустите шиєю
TSN
2026-10-20T21:21:02Z
Ці повсякденні звички можуть скоротити ваше життя на роки
TSN
2026-10-25T20:48:31Z
Який птах відповідає вашому місяцю народження та що він символізує
TSN
2026-10-22T09:21:18Z
Що означає банка із сіллю біля входу: давня традиція та її сенс
GlavRed
2026-10-27T15:27:13Z
Одна хитрість допоможе зберегти сушені гриби надовго: що покласти в банку
GlavRed
2026-10-21T20:21:40Z
Погляньте на ці рослини: вони підкажуть ідеальне місце для свердловини
24tv
2026-10-21T19:27:59Z
У шкільному меню одна страва, а подають іншу: чи можуть коригувати раціон дітей
Знай
2026-11-03T05:33:01Z
Нарешті зможуть видихнути: яким китайським знакам зодіаку усміхнеться доля
GlavRed
2026-11-03T02:54:06Z
Гороскоп на 27 жовтня: якому знаку зірки радять тримати гаманець закритим
Знай
2026-10-27T04:12:50Z
Простоять усю зиму і не запліснявіють: як правильно сушити гриби
GlavRed
2026-10-22T23:42:49Z
Тут катаються на вулкані з дошки, а в озері плавають акули: цікава країна, про яку мало хто знає
24tv
2026-10-21T19:42:45Z
Ford інтригує поверненням Escape: авто можуть запустити у 2029 році як електричний кросовер
Фокус
2026-10-28T18:21:29Z
Електромобіль як основне авто: що варто продумати до покупки
Топ Жир
2026-10-22T14:00:36Z
Сімейний кросовер став майже спорткаром: Toyota показала незвичну автівку Crown Signia GT-S
Фокус
2026-10-29T16:42:56Z
Mitsubishi воскресила Lancer Evolution: спорткар замінили електрокросовером чужого бренду
Фокус
2026-10-27T18:18:16Z
Навіщо німці восени тримають в авто розрізану картоплину: відповідь може здивувати
GlavRed
2026-11-03T03:42:36Z
Водії згадують запізно: як часто слід міняти свічки запалювання
GlavRed
2026-11-02T21:27:57Z
Капсулу часу ВАЗ-2109 1988 року з пробігом лише 2000 км продають у Дніпрі
Топ Жир
2026-10-22T17:54:29Z
Ігнорувати не можна: що потрібно зробити восени, щоб підготувати авто до зими
GlavRed
2026-10-21T17:18:42Z
Ford розробив систему, яка ховатиме авто від крадіїв
ГЛАВКОМ NET
2026-10-28T02:48:09Z
ЄС вводить новий митний збір: який удар чекає на любителей шопінгу
Знай
2026-11-02T03:51:18Z
Світло вимикатимуть із самого ранку: як діятимуть графіки 25 жовтня
GlavRed
2026-10-24T20:49:00Z
Ринок землі: у 2026 році середня ціна гектара зросла до 70,2 тис. грн
Agravery
2026-11-03T06:21:40Z
Планові графіки більше не працюють: чому світло зникає поза розкладом
Знай
2026-11-03T06:15:43Z
В Україні дешевшає капуста
AgroNews
2026-11-03T06:09:34Z
Запоріжжя - найдешевше житло в Україні: скільки коштують квартири та оренда
Политека
2026-11-03T06:00:47Z
Субсидії в Україні: у ПФУ розповіли, кому треба подати документи заново
Политека
2026-11-03T05:30:11Z
Платіжка за газ може зрости через одну помилку: що варто зробити до 5 числа
Знай
2026-11-03T05:21:20Z
У сусідів є світло, а у вашому будинку темно: енергетики пояснили причину
Знай
2026-11-03T05:15:57Z
Як зарядити телефон, коли немає світла: експерти розповіли про п'ять альтернативних способів
Политека
2026-10-21T19:21:26Z
Відома блогерка показала не те фото: її виправдання насмішило ще більше
Фокус
2026-10-23T11:12:47Z
Гуманоїдні роботи та ШІ: чому залізо досі програє людям
InternetUA
2026-11-03T06:03:11Z
ChatGPT міг злити приватні чати через одне посилання: що виправила OpenAI
InternetUA
2026-11-03T05:03:14Z
NASA втратила контроль над космічною обсерваторією: куди впадуть уламки
ГЛАВКОМ NET
2026-11-03T03:57:47Z
Прогноз магнітних бур на 3-4 листопада: якою буде сонячна активність
ГЛАВКОМ NET
2026-11-03T03:03:35Z
SpaceX може придбати Boost Mobile і кинути виклик AT&T та T-Mobile
InternetUA
2026-11-03T03:03:04Z
Чи треба залишати дверцята пралки відчиненими після прання: відповідь здивує
GlavRed
2026-11-03T01:27:04Z
Археологи відкрили римський саркофаг і знайшли всередині іграшки
TSN
2026-11-02T22:24:11Z
Ліга чемпіонів. Четвертий тур. ПСЖ їде в гості до Вільярреала, Феєнорд зустріне Інтер, битва Галатасарая та Штутгарта та інші
Football.ua
2026-11-03T06:30:40Z
Аліссон: Сподіваюся, ми досягнемо позитивного результату проти Спортінга
Football.ua
2026-11-03T06:18:52Z
Барселона — Астон Вілла. Напередодні
Football.ua
2026-11-03T06:03:00Z
Ньюкасл Юнайтед — Евертон 0:1 Відео гола та огляд матчу АПЛ
Football.ua
2026-11-03T05:45:05Z
Манчестер Юнайтед — Рома. Напередодні
Football.ua
2026-11-03T05:42:54Z
Шахтар — Спортінг. Напередодні
Football.ua
2026-11-03T05:30:31Z
Нападник Тенеріфе переніс зупинку серця у матчі Сегунди
Football.ua
2026-11-03T05:15:55Z
Петраков ввів «залізне» правило у Кривбасі: чого тренер ніколи не пробачить гравцям
Знай
2026-11-03T04:51:13Z
Астон Вілла розглядає можливість трансферу Галлагера
Football.ua
2026-11-02T22:42:12Z