向人腦學(xué)習(xí)，研發(fā)神經(jīng)機(jī)器人

伴隨著多學(xué)科的發(fā)展，機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域也廣闊起來(lái)，其中就包括生物學(xué)與醫(yī)學(xué)涉及的神經(jīng)學(xué)領(lǐng)域。

在剛剛結(jié)束的2016世界機(jī)器人大會(huì)上，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)教授Alois C. Knoll就做了一場(chǎng)關(guān)于神經(jīng)機(jī)器人的演講。他不僅回顧了歷史，更暢想了未來(lái)。

模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)

今年5月，德國(guó)科學(xué)家們研發(fā)了一種以“對(duì)人類痛感研究成果”為基礎(chǔ)的人工神經(jīng)系統(tǒng)，研究人員表示，它可以讓機(jī)器人“探測(cè)并分辨出意外出現(xiàn)的物體和干擾，分析出可能對(duì)其造成的危害，并做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)”。為了測(cè)試這套系統(tǒng)，研究人員在機(jī)器人手臂上安裝了一個(gè)類似手指的傳感器，可以探測(cè)壓力和溫度。據(jù)稱，這個(gè)系統(tǒng)不但能讓機(jī)器人對(duì)潛在的危險(xiǎn)迅速做出反應(yīng)，保護(hù)自己免受傷害，也能保護(hù)與機(jī)器人一起工作的人類同伴。

8月，日本研制出人形機(jī)器人“Alter”，它全身搭載42個(gè)氣壓傳動(dòng)裝置，其大腦則是一臺(tái)“中樞模式發(fā)生器”（CPG）。CPG中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以復(fù)制神經(jīng)元，以便機(jī)器人能發(fā)展出自己特有的動(dòng)作模式。當(dāng)然，影響其動(dòng)作的還有傳感器探知的距離、溫度、噪音和濕度等因素。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，傳感器就是Alter的皮膚。雖然它動(dòng)起來(lái)跟人的差別還較大，但你卻會(huì)覺(jué)得這家伙是活生生的。

而這些只是神經(jīng)機(jī)器人領(lǐng)域的一部分。在論壇上，Alois C. Knoll介紹說(shuō)，為了更好地開(kāi)發(fā)大腦，歐洲開(kāi)展了一項(xiàng)相關(guān)旗艦項(xiàng)目——?dú)W盟人腦計(jì)劃（Human Brain Project，簡(jiǎn)稱HBP），包含了三個(gè)不同研究方向：第一是未來(lái)的醫(yī)藥，第二是未來(lái)的神經(jīng)科學(xué)，第三是未來(lái)的計(jì)算?！拔覀兛梢詮娜四X學(xué)習(xí)如何建立起超級(jí)電腦，也可以建立明天的機(jī)器人。如果我們能夠?qū)θ四X了解得更透徹，未來(lái)的醫(yī)學(xué)就可以讓腦部疾病得到更好的診斷和治療?！盇lois C. Knoll表示。

為大腦建模

如何讓機(jī)器人的大腦“模仿”得更像人類的大腦？科學(xué)家們給出的答案是研究人腦結(jié)構(gòu)的分子層面，嘗試深入地了解人腦細(xì)胞的情況，進(jìn)而將“拼圖”完成，還原大腦?！拔覀冎来竽X建模和模擬是我們的智力，也是機(jī)器人智力的核心。”Alois C. Knoll解釋說(shuō)。

不過(guò)，這項(xiàng)工作做起來(lái)并不容易，因?yàn)槿祟惔竽X中包括多個(gè)功能區(qū)域，每個(gè)區(qū)域還有不同的形態(tài)學(xué)的表現(xiàn)。今年8月，曼徹斯特大學(xué)教授、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員Steve Furber準(zhǔn)備用100萬(wàn)個(gè)ARM微處理器創(chuàng)造一個(gè)大腦的電子模型。這100萬(wàn)個(gè)微處理器將模仿人腦神經(jīng)元實(shí)時(shí)發(fā)送信號(hào)的方式。這一計(jì)劃被稱為SpiNNaker。

現(xiàn)在，SpiNNaker能夠建模達(dá)到人腦百分之一的比例，是人腦的第一個(gè)低功耗、大規(guī)模數(shù)字模型。有了它，研究人員將能夠精確地模擬腦區(qū)，并且測(cè)試有關(guān)大腦工作的假說(shuō)。它由人腦結(jié)構(gòu)啟發(fā)而來(lái)，與今天所有的計(jì)算系統(tǒng)都大為迥異。團(tuán)隊(duì)希望從SpiNNaker獲得的洞見(jiàn)能夠幫助他們開(kāi)發(fā)強(qiáng)有力的工具，應(yīng)對(duì)抑郁癥、阿爾茨海默氏癥等腦相關(guān)的疾病。此外，研究人員還希望相關(guān)信息能夠幫助他們創(chuàng)建一個(gè)超快且低能耗的下一代芯片。

拼出神經(jīng)回路

當(dāng)然，只有機(jī)器模擬大腦還不夠，大腦與身體完全整合才能真正模擬人類。Alois C. Knoll對(duì)此解釋說(shuō)：“我們使用一個(gè)超級(jí)電腦對(duì)大腦進(jìn)行模擬，然后在另外一個(gè)超級(jí)電腦建立起計(jì)算機(jī)機(jī)器人的模型，讓它們互相進(jìn)行溝通，來(lái)自機(jī)器人的傳感器傳達(dá)到虛擬的大腦里面，然后大腦再發(fā)出指令去控制機(jī)器人的身體。這個(gè)過(guò)程當(dāng)中我們首先必須進(jìn)行匹配，然后還要找到一個(gè)信號(hào)傳輸?shù)墓δ?。從感知到認(rèn)知再到行動(dòng)，我們把整個(gè)閉環(huán)完整地建成。”

所以，未來(lái)的人工智能在神經(jīng)機(jī)器人的方向?qū)⒁⒌木褪欠氯祟惖摹皺C(jī)器大腦”和可以被這個(gè)大腦支配的軀體。事實(shí)上，現(xiàn)在也已經(jīng)有研究團(tuán)隊(duì)在使用柔性材料打造“肉體”。

“我們還希望可以打造一個(gè)真實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)室，這樣的話也可以將機(jī)器人用在工作當(dāng)中，并且由大腦來(lái)控制。當(dāng)然，從科學(xué)的角度來(lái)看還有很長(zhǎng)的一段路要走。我也希望更多的人加入這樣的研究?！盇lois C. Knoll總結(jié)道?？茖W(xué)網(wǎng)