Нейроробототехника - это развивающаяся наука, изучающая взаимодействие мозга, тела и окружающей среды в замкнутых контурах восприятия и действия, в которых действия робота влияют на его будущий сенсорный ввод.
В основе этой области лежат роботы, управляемые имитируемыми нервными системами, которые моделируют структуру и функцию биологического мозга на различных уровнях детализации.
В типичном эксперименте робот будет воспринимать текущее окружение через набор датчиков, которые будут передавать свои сигналы в имитируемый мозг. Модель мозга может затем генерировать сигналы, которые заставят робота двигаться, тем самым изменяя восприятие окружающей среды.
Вступление
Наблюдение за тем, как робот взаимодействует с окружающей средой и как его действия влияют на его будущий сенсорный ввод, позволяет ученым изучать, как мозг и тело должны работать вместе, чтобы получить соответствующую реакцию на данный стимул. Таким образом, нейроробототехника связывает робототехнику и нейронауку, обеспечивая беспрепятственный обмен знаниями между этими двумя дисциплинами.
Проект "Человеческий мозг" является крупнейшим европейским проектом в области информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) на сегодня и одной из двух крупномасштабных, долгосрочных флагманских исследовательских инициатив, отобранных Европейской комиссией для содействия революционному научному прогрессу в области будущих ключевых технологий. Он будет рассчитан на 10 лет и обеспечит шесть открытых платформ ИКТ для будущих исследований в области нейронауки, медицины и информатики, направленных на объединение понимания человеческого мозга и преобразование этих знаний в коммерческие продукты.
История и современное состояние нейроробототехники
Одним из первых исследователей, применивших концепции нейроробототехники, был Томас Росс. Он в 1933 году изобрел робота с маленькой электромеханической ячейкой памяти, которая могла научиться проходить через очень простой лабиринт с помощью "условного рефлекса".
В своей книге 1948 года "Кибернетика" Норберт Винер заложил теоретическую основу для робототехники как исследования управления и связи в животном и машине. Однако с тех пор исследования в области робототехники в основном сосредоточены на промышленных приложениях.
В последнее время промышленность вновь развивает технологию, создавая корпуса роботов, которые являются более мягкими, гибкими и долговечными, чем раньше. Однако, несмотря на многочисленные попытки, ни один робот сегодня не соответствует когнитивным или поведенческим способностям даже самых простых животных, не говоря уже о людях.
Чего еще не хватает после десятилетий усилий? У роботов все еще не хватает мозга, который позволил бы им научиться адаптироваться к физике своего тела и использовать ее в своих целях.
На сегодня в нейроробототехнике существует два основных направления исследований. Первый фокусируется на биологических роботах с корпусами, сенсорами и исполнительными механизмами, имитирующими структурные и функциональные принципы работы в органах живых существ. Второй фокусируется на принципах управления, наделенных мозгом.
Роботы, наделенные биологическими особенностями, легко приспосабливаются и могут демонстрировать богатые возможности восприятия и поведения. В отличие от промышленных роботов, они часто используют совместимые материалы, которые делают их механику чрезвычайно гибкой.
Примерами передовых гуманоидных роботов с биологическим составляющим являются iCub, гуманоидный робот "ребенок"; Kojiro, гуманоидный робот с около 100 искусственных мышц; а также ECCEROBOT, гуманоид верхнего отдела туловища, который пытается воспроизвести внутренние структуры и механизмы человеческого тела в деталях.
Совсем недавно инженеры создали Roboy, мягкое человеческое тело с позвоночником и головой, которое может отображать несколько эмоциональных моделей. Также был представлен робот ASIMO и Atlas, последний гибкий антропоморфный робот, разработанный компанией Boston Dynamics.
Последние две модели изготовлены из твердых материалов и предназначены для проведения исследований в области ходьбы по станкам. Такие достижения в области многоногих роботов вызвали новый интерес к применению в военных целях, а также ликвидации последствий стихийных бедствий.
Заключение
Мозговая структура управления - это роботизированные системы управления, которые на определенном уровне отражают свойства нервной системы животных.
В целом, они специально разработаны для решения определенного набора задач, часто с использованием комбинации искусственных нейронных сетей, компьютерного зрения/аудита и алгоритмов машинного обучения.
Ранние работы в этой области разработали искусственную нейронную сеть с иерархической структурой, наделенной мозгом, которая могла управлять промышленным манипулятором, получая динамическую модель робота с помощью метода "обратной связи - обучения".
