Active Predictive Coding: Brain-Inspired Reinforcement Learning for Sparse Reward Robotic Control Problems

计算机科学 强化学习 人工智能 神经编码 机器学习 反向传播 模型预测控制 推论 机器人学 编码(社会科学) 人工神经网络 预测编码 机器人 控制(管理) 数学 统计
作者
Alexander G. Ororbia,Ankur Mali
标识
DOI:10.1109/icra48891.2023.10160530
摘要

In this article, we propose a backpropagation-free approach to robotic control through the neuro-cognitive computational framework of neural generative coding (NGC), designing an agent completely built from predictive processing circuits that facilitate dynamic, online learning from sparse rewards, embodying the principles of planning-as-inference. Concretely, we craft an adaptive agent system, which we call active predictive coding (ActPC), that balances an internally-generated epistemic signal (meant to encourage intelligent exploration) with an internally-generated instrumental signal (meant to encourage goal-seeking behavior) to learn how to control various simulated robotic systems as well as a complex robotic arm using a realistic simulator, i.e., the Surreal Robotics Suite, for the block lifting task and the can pick-and-place problem. Notably, our results demonstrate that the proposed ActPC agent performs well in the face of sparse (extrinsic) reward signals and is competitive with or outperforms several powerful backpropagation-based reinforcement learning approaches.
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