Niezwykłe zdolności mózgu wynikają w dużej mierze z jego umiejętności uczenia się na podstawie interakcji ciała, będącego pod jego kontrolą, z otoczeniem. Badania z zakresu neurorobotyki stwarzają wyjątkową możliwość poznania mechanizmu działania pętli wykonawczo-percepcyjnej oraz wykorzystania nowej wiedzy do budowy systemów robotycznych następnej generacji.
W ramach projektu The Human Brain Project powstała platforma neurorobotyczna (NRP), będąca zestawem narzędzi służących do połączenia i symulowania pracy mózgu i ciała (‘ucieleśnienie’). Wspiera ona eksperymenty wirtualne prowadzone w fizycznie rzeczywistych, symulowanych warunkach, na podstawie których neuronaukowcy mogą oceniać funkcjonalne działanie modeli mózgu w kontekście zadań behawioralnych, porównując lub doprecyzowując je za pomocą iteracji.
Dzięki temu badacze zdobywają nowe narzędzia do badania takich tematów jak neuronalna kontrola ruchu czy mechanizmy uczenia się w kontekście interakcji z otoczeniem. Tak zdobyta wiedza całkowicie zmieni sposób projektowania robotów.
Lepsze zrozumienie budowy, funkcji i dynamiki mózgu
Pierwszy krok do ucieleśnionej symulacji polega na zdefiniowaniu zadania, które ma zostać wykonane, i stworzeniu odpowiedniego otoczenia wirtualnego i robotycznego. Następnie dokonuje się wyboru architektury kontroli (mózg) dla symulacji oraz odpowiednich paradygmatów uczenia się i scenariuszy doświadczalnych. Platforma NRP wspiera użytkownika na każdym etapie tego procesu.
Takie doświadczenia w zamkniętej pętli oferują neuronaukowcom wyjątkową możliwość badania związków pomiędzy budową mózgu, jego funkcją i dynamiką neuronalną w określonych kontekstach behawioralnych. Na przykład, kilku partnerów projektu HBP wspólnie bada aktywność mięśni okoruchowych, przetwarzanie wzrokowe oraz kontrolę motoryczną ruchów precyzyjnych w zadaniach polegających na chwytaniu obiektów w ruchu. Inni budują wirtualną mysz wraz z bardzo szczegółowym układem mięśniowo-szkieletowym w celu stworzenia wirtualnego modelu wiernie oddającego jego biologicznego odpowiednika, tak by umożliwić odtworzenie i wykonywanie niektórych testów na zwierzętach w rzeczywistości wirtualnej.
Te postępy mogą już wkrótce przynieść istotne korzyści naukom medycznym. Członkowie zespołu projektu HBP modelują na przykład obwód nerwowy rdzenia kręgowego, symulując go z zamiarem zoptymalizowania, a nawet spersonalizowania metod stymulacji rdzenia. Jednym z głównych celów jest pomóc pacjentom z uszkodzonym rdzeniem kręgowym w odzyskaniu choć części zdolności poruszania się, a postępy neurorobotyki mogą okazać się w tym przypadku nieocenione.
Budowa udoskonalonych robotów
Celem innych doświadczeń jest odkrycie tajemnic procesów biologicznych, dzięki którym mózg adaptuje zachowanie do zmieniających się uwarunkowań zewnętrznych. To umożliwiłoby badaczom budowanie lepszych robotów i zwiększanie ich skuteczności w wielu obszarach, takich jak świadomość sytuacyjna, w których obecnie dostępna technologia jest niewystarczająca.
Ponadto platforma NRP dostarcza wszystkich narzędzi symulacyjnych niezbędnych do szkolenia systemów robotycznych z zakresu symulacji, co nie tylko minimalizuje ryzyko uszkodzenia drogiego sprzętu, ale również stwarza możliwość wykorzystania masowo równoległych algorytmów szkoleniowych.
„Wykorzystanie wysokowydajnych systemów obliczeniowych znacząco skróci czas konieczny do przeszkolenia systemów robotycznych. Ponadto tworzenie wirtualnych prototypów platform robotycznych powinno zmniejszyć koszty rozwojowe, przyczyniając się do powstawania lepiej zaprojektowanych i trwalszych produktów”, mówi prof. dr Alois Knoll, lider projektu NRP.
Część partnerów projektu HBP bada aktualnie, czy architektury poznawcze inspirowane mózgiem mogą być użyteczne jako systemy kontrolne przemysłowych ramion robotycznych działających w scenariuszach współpracy (roboty współpracujące – coboty). Zakres tych badań rozciąga się na roboty podatne mechanicznie, co może pomóc eliminować ryzyko już na etapie projektu (safety by design) w przypadku robotów współpracujących z ludźmi, np. w zakładach produkcyjnych.
NRP jest publiczną platformą internetową dostępną dla badaczy, którzy chcą przetestować stworzone przez siebie modele mózgu lub zbudować inspirowane mózgiem roboty przyszłości. „Wirtualizacja neuronauki jest naturalnym kolejnym krokiem, a ewentualne ograniczenia wynikają z dostępnej mocy obliczeniowej. Innymi słowy, nasze możliwości są nieograniczone”, podsumowuje prof. dr Knoll.
poleca:
