Mozek podobný lidskému pomáhá robotovi dostat se z bludiště

Datum 19.12.2021

Foto: CanStock

Bludiště je mezi psychology oblíbeným zařízením pro hodnocení schopnosti učení myší nebo potkanů. Ale jak je to s roboty? Mohou se naučit úspěšně procházet všmi zatáčkami a odbočkami labyrintu? Vědci právě prokázali, že ano. Jejich robot se rozhoduje na podobném principu, který lidé používají k myšlení a jednání. Tato studie otevírá cestu k novým vzrušujícím aplikacím neuromorfních zařízení nejen ve zdravotnictví.

Napodobování lidského mozku

Problém s energií je jedním z důvodů, proč se vědci snaží vyvinout energeticky mnohem úspornější počítače. Při hledání řešení se mnozí z nich inspirují lidským mozkem, který je bezkonkurenčně nejúspornější díky tomu, jak kombinuje paměť a zpracování dat.

Neurony v našem mozku spolu komunikují prostřednictvím tzv. synapsí, které se posilují pokaždé, když jimi prochází informace. Právě tato plasticita zajišťuje, že si lidé pamatují a učí se.

“V našem výzkumu jsme tento model využili k vývoji robota, který je schopen naučit se pohybovat v labyrintu,” vysvětluje Imke Krauhausenová, doktorandka na katedře strojního inženýrství Eindhoven University of Technology a hlavní autorka článku a vysvětluje: “Stejně jako se synapse v mozku myši posiluje pokaždé, když provede správnou odbočku v bludišti, naše zařízení se ‘vyladí’ přivedením určitého množství elektřiny. Laděním odporu v zařízení měníte napětí, které ovládá motory. Ty pak určují, zda robot zatočí doprava nebo doleva.”

Chytré polymery

Další chytrou věcí ve výzkumu je organický materiál použitý pro neuromorfního robota. Tento polymer (známý jako p(g2T-TT)) je nejen stabilní, ale je také schopen “udržet” velkou část specifických stavů, do kterých byl naladěn během procházení labyrintem. To zajišťuje, že naučené chování “přilne”, podobně jako si neurony a synapse v lidském mozku pamatují události nebo činnosti.

Průkopníky využití polymeru místo křemíku v oblasti neuromorfních počítačů byli Paschalis Gkoupidenis z Institutu Maxe Plancka pro výzkum polymerů v Mainzu a Yoeri van de Burgt z Eindhoven University of Technology.

Bionické ruce

Polymerní materiály mají také tu výhodu, že je lze použít v mnoha biomedicínských aplikacích.

“Díky své organické povaze mohou být v zásadě integrována se skutečnými nervovými buňkami. Řekněme, že jste při úrazu přišli o ruku. Pak byste potenciálně mohli tato zařízení použít k propojení vašeho těla s bionickou rukou,” říká Krauhausenová.

Další slibné využití organických neuromorfních počítačů spočívá v malých tzv. okrajových výpočetních zařízeních, kde se data ze senzorů zpracovávají lokálně mimo cloud.

Jak u vádí Van de Burgt: “Zde vidím budoucnost našich zařízení, naše materiály budou velmi užitečné, protože se dají snadno vyladit, spotřebovávají mnohem méně energie a jejich výroba je levná.”

Budou tedy neuromorfní roboti jednoho dne schopni hrát fotbal, stejně jako fotbaloví roboti TU/e?

Krauhausenová odpovídá: “V zásadě je to určitě možné. Ale je před námi ještě dlouhá cesta. Naši roboti se při pohybu stále částečně spoléhají na tradiční software. A aby neuromorfní roboti mohli vykonávat skutečně složité úkoly, musíme vytvořit neuromorfní sítě, v nichž mnoho zařízení v této bude spolupracovat. Na tom budu pracovat v další fázi svého doktorandského výzkumu.”

Výzkumná práce Imke Krauhausenové a kol. s názvem Organic neuromorphic electronics for sensorimotor integration and learning in robotics byla publikována v časopise Science Advances a je ke stažení zde.

Richard Pappen
zdroj: Eindhoven University of Technology, Science Advances

Eaton 700 x 200 px

Napsat komentář