Comment les robots modernes sont-ils développés :"Les cyborgs humains deviendront monnaie courante"

Aujourd'hui, les neurosciences et la robotique se développent de concert. Mikhail Lebedev, superviseur académique au Centre d'interfaces bioélectriques de l'Université HSE, a expliqué comment l'étude du cerveau inspire le développement de robots.

Les robots sont intéressants pour les neurosciences et les neurosciences sont intéressantes pour les robots. .

Un tel développement collaboratif contribue au progrès dans les deux domaines, nous rapprochant du développement de robots androïdes plus avancés et d'une meilleure compréhension de la structure du cerveau humain. Et, dans une certaine mesure, à combiner des organismes biologiques avec des machines, pour créer des organismes cybernétiques (cyborgs).

Les neurosciences pour les robots

Les robots ressemblent souvent aux humains dans leur composition. Cela est vrai pour les robots censés imiter les actions et le comportement humains ; les neurosciences sont moins importantes pour les machines industrielles.

La chose la plus évidente à utiliser dans la conception d'un robot est de lui donner un aspect humain. Les robots ont souvent deux bras, deux jambes et une tête, même si ce n'est pas nécessaire d'un point de vue technique. Ceci est particulièrement important lorsque le robot va interagir avec des personnes - une machine qui nous ressemble est plus facile à faire confiance.

Il est possible de s'assurer que non seulement l'apparence, mais aussi le «cerveau» du robot ressemble à celui d'un humain. En développant les mécanismes de perception, de traitement de l'information et de contrôle, les ingénieurs s'inspirent de la structure du système nerveux humain.

Par exemple, les yeux d'un robot - des caméras de télévision qui peuvent se déplacer sur différents axes - imitent le système visuel humain. En se basant sur la connaissance de la structure de la vision humaine et du traitement du signal visuel, les ingénieurs conçoivent les capteurs du robot selon les mêmes principes. De cette façon, le robot peut être doté de la capacité humaine de voir le monde en trois dimensions, par exemple.

Les humains ont un réflexe vestibulo-oculaire :les yeux appliquent une stabilisation à l'aide d'informations vestibulaires lorsque nous nous déplaçons, ce qui nous permet de maintenir la stabilité de l'image que nous voyons.

Il peut également y avoir des capteurs d'accélération et d'orientation sur le corps d'un robot. Ceux-ci aident le robot à prendre en compte les mouvements du corps pour stabiliser la perception visuelle du monde extérieur et améliorer l'agilité.

De plus, un robot peut ressentir le sens du toucher comme un humain – un robot peut avoir de la peau, il peut se sentir touché. Et puis il ne se déplace pas simplement au hasard dans l'espace :s'il touche un obstacle, il le sent et réagit comme un humain. Il peut également utiliser ces informations tactiles artificielles pour saisir des objets.

Les robots peuvent même simuler des sensations de douleur :certaines formes de contact physique semblent normales et d'autres provoquent de la douleur, ce qui modifie radicalement le comportement du robot. Il commence à éviter la douleur et à développer de nouveaux comportements, c'est-à-dire qu'il apprend - comme un enfant qui a été brûlé par quelque chose de chaud pour la première fois.

Non seulement les systèmes sensoriels, mais aussi le contrôle du corps d'un robot peuvent être conçus de manière analogue à celle des humains. Chez l'homme, la marche est contrôlée par des générateurs de rythme dits centraux, des cellules nerveuses spécialisées conçues pour contrôler l'activité motrice autonome. Il existe des robots dans lesquels la même idée est utilisée pour contrôler la marche.

De plus, les robots peuvent apprendre des humains. Un robot peut effectuer des actions d'un nombre infini de façons, mais s'il veut imiter un humain, il doit observer l'humain et essayer de répéter ses mouvements. Lorsqu'il fait des erreurs, il se compare à la façon dont un humain effectue la même action.

Robots pour les neurosciences

Comment les neurosciences peuvent-elles utiliser des robots ? Lorsque nous construisons un modèle de système biologique, nous commençons à mieux comprendre les principes selon lesquels il fonctionne. Par conséquent, le développement de modèles mécaniques et informatiques du contrôle des mouvements du système nerveux humain nous rapproche de la compréhension des fonctions neurologiques et de la biomécanique.

Et le domaine le plus prometteur de l'utilisation de robots dans les neurosciences modernes est la conception de neurointerfaces - des systèmes de contrôle de dispositifs externes utilisant des signaux cérébraux. Les neurointerfaces sont nécessaires au développement de neuroprothèses (par exemple, un bras artificiel pour les personnes ayant perdu un membre) et d'exosquelettes - des cadres externes ou des squelettes permettant au corps humain d'augmenter sa force ou de restaurer sa capacité motrice perdue.

Un robot peut interagir avec le système nerveux via une interface bidirectionnelle :le système nerveux peut envoyer un signal de commande au robot, et le robot à partir de ses capteurs peut renvoyer des informations sensorielles à l'humain, provoquant de vraies sensations en stimulant les nerfs, les terminaisons nerveuses dans la peau, ou le cortex sensoriel lui-même.

De tels mécanismes de rétroaction permettent de restaurer la sensation d'un membre si celui-ci a été perdu. Ils sont également nécessaires pour des mouvements plus précis du membre robotique, puisque c'est sur la base des informations sensorielles reçues des bras et des jambes que nous corrigeons nos mouvements.

Il y a une question intéressante qui se pose ici :Doit-on contrôler tous les degrés de liberté du robot à travers une interface neuronale ? En d'autres termes, comment lui envoyer des commandes spécifiques ?

Par exemple, on peut « ordonner » au bras robotique de prendre une bouteille d'eau, et il effectuera des opérations spécifiques :il baissera son bras, le tournera, desserrera et serrera les doigts de sa main – tout seul.

Cette approche est appelée contrôle combiné - nous donnons des commandes simples via une interface neuronale, et un contrôleur spécial à l'intérieur du robot sélectionne la meilleure stratégie de mise en œuvre.

Ou nous pouvons créer un mécanisme qui ne comprendra pas la commande "prenez la bouteille" :il doit recevoir des informations sur des mouvements spécifiques et détaillés.

Études en cours

Les neuroscientifiques et les roboticiens étudient divers aspects du fonctionnement du cerveau et des dispositifs robotiques. Par exemple, à l'Université Duke, j'ai mené des expériences avec des interfaces neuronales sur des singes, car les interfaces doivent être directement connectées aux zones du cerveau pour qu'elles fonctionnent avec précision et de telles interventions expérimentales ne peuvent pas toujours être réalisées sur des humains.

Dans l'une de mes études, un singe marchait le long d'un chemin et l'activité de son cortex moteur, qui est responsable du mouvement des jambes, a été lue et a déclenché un robot pour commencer à marcher. Au même moment, le singe observe ce robot marcheur sur un écran placé devant lui.

Le singe a utilisé la rétroaction, il a donc corrigé ses mouvements en fonction de ce qu'il a vu à l'écran. C'est ainsi que sont développées les interfaces neuronales les plus efficaces pour mettre en œuvre la marche.

L'avenir cybernétique

De telles recherches nous conduisent à des développements innovants dans le futur. Par exemple, créer un exosquelette pour restaurer les mouvements de personnes complètement paralysées ne semble plus être un fantasme inaccessible, cela prend juste du temps.

Les progrès peuvent être freinés par le manque de puissance informatique, mais le développement au cours des dix dernières années a également été énorme ici. Il est probable que nous verrons bientôt des gens autour de nous utiliser des exosquelettes légers et confortables plutôt que des fauteuils roulants ou des poussettes pour se déplacer.

Les cyborgs humains deviendront monnaie courante.

Le développement commercial de tels systèmes se déroule dans le monde entier, y compris en Russie. Par exemple, le célèbre projet ExoAtlet développe des exosquelettes pour la rééducation des personnes en situation de handicap moteur.

Le Centre HSE pour les interfaces bioélectriques a participé au développement d'algorithmes pour ces machines :le directeur du centre, le professeur Alexey Ossadtchi, et ses doctorants ont développé une neurointerface qui déclenche les mouvements de marche de l'exosquelette.

Le développement rapide des robots humanoïdes devient également une réalité. Il est probable que nous aurons bientôt des robots qui nous imiteront à bien des égards – se déplaçant comme nous et pensant comme nous. Ils pourront effectuer une partie du travail auparavant réservé aux humains.

Évidemment, nous verrons se développer à la fois la robotique et les neurosciences, et ces domaines convergeront. Cela ouvre non seulement de nouvelles opportunités, mais crée également de nouvelles questions éthiques, telles que la manière dont nous devrions traiter les robots androïdes ou les cyborgs humains.

Et pourtant, jusqu'à présent, les humains sont meilleurs que les robots à bien des égards. Nos muscles sont les plus économes :mangez un sandwich et vous aurez suffisamment d'énergie pour toute la journée. Le robot aura une batterie à plat dans une demi-heure.

Et bien qu'il puisse être beaucoup plus puissant qu'un humain, il est souvent trop lourd. En matière d'élégance et d'optimisation de la capacité énergétique - jusqu'à présent, un humain est toujours supérieur à un robot.

Ce n'est pas loin dans le futur que cela va changer - il y a des dizaines de milliers de scientifiques et d'ingénieurs talentueux qui travaillent dans ce but.

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