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拼出神经回路:向人脑学习研发神经机器人

导读: 在刚刚结束的2016世界机器人大会上,来自德国慕尼黑工业大学教授Alois C.Knoll就做了一场关于神经机器人的演讲。他不仅回顾了历史,更畅想了未来。

   伴随着多学科的发展,机器人的应用领域也广阔起来,其中就包括生物学与医学涉及的神经学领域。

  在刚刚结束的2016世界机器人大会上,来自德国慕尼黑工业大学教授Alois C.Knoll就做了一场关于神经机器人的演讲。他不仅回顾了历史,更畅想了未来。

  模拟人类神经系统

  今年5月,德国科学家们研发了一种以“对人类痛感研究成果”为基础的人工神经系统,研究人员表示,它可以让机器人“探测并分辨出意外出现的物体和干扰,分析出可能对其造成的危害,并做出适当的反应”。为了测试这套系统,研究人员在机器人手臂上安装了一个类似手指的传感器,可以探测压力和温度。据称,这个系统不但能让机器人对潜在的危险迅速做出反应,保护自己免受伤害,也能保护与机器人一起工作的人类同伴。

  8月,日本研制出人形机器人“Alter”,它全身搭载42个气压传动装置,其大脑则是一台“中枢模式发生器”(CPG)。CPG中的神经网络可以复制神经元,以便机器人能发展出自己特有的动作模式。当然,影响其动作的还有传感器探知的距离、温度、噪音和湿度等因素。简单来说,传感器就是Alter的皮肤。虽然它动起来跟人的差别还较大,但你却会觉得这家伙是活生生的。

  而这些只是神经机器人领域的一部分。在论坛上,Alois C.Knoll介绍说,为了更好地开发大脑,欧洲开展了一项相关旗舰项目——欧盟人脑计划(Human Brain Project,简称HBP),包含了三个不同研究方向:第一是未来的医药,第二是未来的神经科学,第三是未来的计算。“我们可以从人脑学习如何建立起超级电脑,也可以建立明天的机器人。如果我们能够对人脑了解得更透彻,未来的医学就可以让脑部疾病得到更好的诊断和治疗。”Alois C.Knoll表示。

  为大脑建模

  如何让机器人的大脑“模仿”得更像人类的大脑?科学家们给出的答案是研究人脑结构的分子层面,尝试深入地了解人脑细胞的情况,进而将“拼图”完成,还原大脑。“我们知道大脑建模和模拟是我们的智力,也是机器人智力的核心。” Alois C.Knoll解释说。

  不过,这项工作做起来并不容易,因为人类大脑中包括多个功能区域,每个区域还有不同的形态学的表现。今年8月,曼彻斯特大学教授、英国皇家学会会员Steve Furber准备用100万个ARM微处理器创造一个大脑的电子模型。这100万个微处理器将模仿人脑神经元实时发送信号的方式。这一计划被称为SpiNNaker。

  现在,SpiNNaker能够建模达到人脑百分之一的比例,是人脑的第一个低功耗、大规模数字模型。有了它,研究人员将能够精确地模拟脑区,并且测试有关大脑工作的假说。它由人脑结构启发而来与今天所有的计算系统都大为迥异。团队希望从SpiNNaker获得的洞见能够帮助他们开发强有力的工具,应对抑郁症、阿尔茨海默氏症等脑相关的疾病。此外,研究人员还希望相关信息能够帮助他们创建一个超快且低能耗的下一代芯片。

  拼出神经回路

  当然,只有机器模拟大脑还不够,大脑与身体完全整合才能真正模拟人类。Alois C.Knoll对此解释说:“我们使用一个超级电脑对大脑进行模拟,然后在另外一个超级电脑建立起计算机机器人的模型,让它们互相进行沟通,来自机器人的传感器传达到虚拟的大脑里面,然后大脑再发出指令去控制机器人的身体。这个过程当中我们首先必须进行匹配,然后还要找到一个信号传输的功能。从感知到认知再到行动,我们把整个闭环完整地建成。”

  所以,未来的人工智能在神经机器人的方向将要建立的就是仿人类的“机器大脑”和可以被这个大脑支配的躯体。事实上,现在也已经有研究团队在使用柔性材料打造“肉体”。

  “我们还希望可以打造一个真实的虚拟实验室,这样的话也可以将机器人用在工作当中,并且由大脑来控制。当然,从科学的角度来还有很长的一段路要走。我也希望更多的人加入这样的研究。”Alois C.Knoll总结道。

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