Τεχνητό νευρικό σύστημα: Μπορούν τελικά να αισθάνονται τα ρομπότ;

• Συγγραφέας:
• όνομα συγγραφέα

  Quantumrun Foresight
• Νοέμβριος 24, 2023

Περίληψη Insight

Τα τεχνητά νευρικά συστήματα, αντλώντας έμπνευση από την ανθρώπινη βιολογία, μεταμορφώνουν την αλληλεπίδραση μεταξύ των ρομπότ και του αισθητηριακού κόσμου. Ξεκινώντας με μια σπουδαία μελέτη του 2018 όπου ένα αισθητήριο νευρικό κύκλωμα μπορούσε να διακρίνει τη γραφή Braille, μέχρι τη δημιουργία ενός τεχνητού δέρματος το 2019 από το Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης που ξεπερνά την ανθρώπινη απτική ανάδραση, αυτά τα συστήματα προχωρούν γρήγορα. Η έρευνα της Νότιας Κορέας το 2021 έδειξε περαιτέρω ένα σύστημα που ανταποκρίνεται στο φως που ελέγχει τη ρομποτική κίνηση. Αυτές οι τεχνολογίες υπόσχονται ενισχυμένες προσθετικές αισθήσεις, ρομπότ τύπου ανθρώπου, βελτιωμένη αποκατάσταση για νευρολογικές βλάβες, απτική ρομποτική εκπαίδευση, ακόμη και αυξημένα ανθρώπινα αντανακλαστικά, φέρνοντας δυνητικά επανάσταση στους τομείς της ιατρικής, του στρατιωτικού και της εξερεύνησης του διαστήματος.

Πλαίσιο τεχνητών νευρικών συστημάτων

Μία από τις πρώτες μελέτες σε τεχνητά νευρικά συστήματα ήταν το 2018, όταν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ μπόρεσαν να δημιουργήσουν ένα νευρικό σύστημα που θα μπορούσε να αναγνωρίσει το αλφάβητο Μπράιγ. Αυτό το κατόρθωμα επιτράπηκε από ένα αισθητήριο νευρικό κύκλωμα που μπορεί να τοποθετηθεί σε ένα κάλυμμα που μοιάζει με δέρμα για προσθετικές συσκευές και μαλακή ρομποτική. Αυτό το κύκλωμα είχε τρία εξαρτήματα, το πρώτο ήταν ένας αισθητήρας αφής που μπορούσε να ανιχνεύσει μικρά σημεία πίεσης. Το δεύτερο εξάρτημα ήταν ένας εύκαμπτος ηλεκτρονικός νευρώνας που λάμβανε τα σήματα από τον αισθητήρα αφής. Ο συνδυασμός του πρώτου και του δεύτερου συστατικού οδήγησε στην ενεργοποίηση ενός τεχνητού συναπτικού τρανζίστορ που μιμούνταν τις ανθρώπινες συνάψεις (νευρικά σήματα μεταξύ δύο νευρώνων που αναμεταδίδουν πληροφορίες). Οι ερευνητές δοκίμασαν το νευρικό τους κύκλωμα συνδέοντάς το σε ένα πόδι κατσαρίδας και εφαρμόζοντας διαφορετικά επίπεδα πίεσης στον αισθητήρα. Το πόδι συσπάστηκε ανάλογα με την πίεση που ασκήθηκε.

Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των τεχνητών νευρικών συστημάτων είναι ότι μπορούν να μιμηθούν τον τρόπο που οι άνθρωποι ανταποκρίνονται στα εξωτερικά ερεθίσματα. Αυτή η δυνατότητα είναι κάτι που δεν μπορούν να κάνουν οι παραδοσιακοί υπολογιστές. Για παράδειγμα, οι παραδοσιακοί υπολογιστές δεν μπορούν να αντιδράσουν αρκετά γρήγορα σε μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα – κάτι που είναι απαραίτητο για εργασίες όπως ο έλεγχος προσθετικών άκρων και η ρομποτική. Αλλά το τεχνητό νευρικό σύστημα μπορεί να το κάνει αυτό χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται "spiking". Το Spiking είναι ένας τρόπος μετάδοσης πληροφοριών που βασίζεται στον τρόπο με τον οποίο οι πραγματικοί νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους στον εγκέφαλο. Επιτρέπει πολύ ταχύτερη μετάδοση δεδομένων από τις παραδοσιακές μεθόδους όπως τα ψηφιακά σήματα. Αυτό το πλεονέκτημα καθιστά τα τεχνητά νευρικά συστήματα κατάλληλα για εργασίες που απαιτούν γρήγορες αντιδράσεις, όπως ο ρομποτικός χειρισμός. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για εργασίες που απαιτούν εκμάθηση εμπειρίας, όπως η αναγνώριση προσώπου ή η πλοήγηση σε πολύπλοκα περιβάλλοντα.

Αποδιοργανωτικός αντίκτυπος

Το 2019, το Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης μπόρεσε να αναπτύξει ένα από τα πιο προηγμένα τεχνητά νευρικά συστήματα, το οποίο μπορεί να δώσει στα ρομπότ μια αίσθηση αφής που είναι ακόμα καλύτερη από το ανθρώπινο δέρμα. Ονομάζεται Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES), αυτή η συσκευή επεξεργαζόταν μεμονωμένα pixel αισθητήρων για να μεταδώσει γρήγορα «δεδομένα συναισθημάτων». Τα προηγούμενα μοντέλα τεχνητού δέρματος επεξεργάζονταν αυτά τα pixel διαδοχικά, γεγονός που δημιούργησε μια καθυστέρηση. Σύμφωνα με πειράματα που διεξήγαγε η ομάδα, το ACES είναι ακόμα καλύτερο από το ανθρώπινο δέρμα όταν πρόκειται για την απτική ανάδραση. Η συσκευή θα μπορούσε να ανιχνεύσει πίεση πάνω από 1,000 φορές πιο γρήγορα από το ανθρώπινο αισθητήριο νευρικό σύστημα.

Εν τω μεταξύ, το 2021, ερευνητές από τρία πανεπιστήμια της Νότιας Κορέας ανέπτυξαν ένα τεχνητό νευρικό σύστημα που μπορεί να ανταποκρίνεται στο φως και να κάνει βασικές εργασίες. Η μελέτη περιελάμβανε μια φωτοδίοδο που μετατρέπει το φως σε ηλεκτρικό σήμα, ένα ρομποτικό χέρι, ένα κύκλωμα νευρώνων και ένα τρανζίστορ που λειτουργεί ως σύναψη. Κάθε φορά που ανάβει ένα φως, η φωτοδίοδος το μεταφράζει σε σήματα, τα οποία ταξιδεύουν μέσω του μηχανικού τρανζίστορ. Στη συνέχεια, τα σήματα επεξεργάζονται από το κύκλωμα νευρώνων, το οποίο δίνει εντολή στο ρομποτικό χέρι να πιάσει τη μπάλα που είναι προγραμματισμένη να πέσει μόλις ανάψει το φως. Οι ερευνητές ελπίζουν να αναπτύξουν την τεχνολογία έτσι ώστε το ρομποτικό χέρι να μπορεί τελικά να πιάσει την μπάλα μόλις πέσει. Ο κύριος στόχος πίσω από αυτή τη μελέτη είναι να εκπαιδεύσει άτομα με νευρολογικές παθήσεις να ανακτήσουν τον έλεγχο των άκρων τους που δεν μπορούν να ελέγξουν τόσο γρήγορα όσο παλιά. 

Επιπτώσεις τεχνητού νευρικού συστήματος

Οι ευρύτερες επιπτώσεις του τεχνητού νευρικού συστήματος μπορεί να περιλαμβάνουν: 

• Η δημιουργία ανθρωποειδών ρομπότ με ανθρώπινο δέρμα που μπορούν να ανταποκριθούν στα ερεθίσματα τόσο γρήγορα όσο οι άνθρωποι.
• Οι ασθενείς με εγκεφαλικό επεισόδιο και τα άτομα με παθήσεις που σχετίζονται με την παράλυση μπορούν να ανακτήσουν την αίσθηση της αφής τους μέσω αισθητηριακών κυκλωμάτων που είναι ενσωματωμένα στο νευρικό τους σύστημα.
• Η ρομποτική εκπαίδευση γίνεται πιο απτική, με τους χειριστές από απόσταση να αισθάνονται τι αγγίζουν τα ρομπότ. Αυτή η λειτουργία μπορεί να είναι χρήσιμη για εξερεύνηση του διαστήματος.
• Προόδους στην αναγνώριση αφής όπου τα μηχανήματα μπορούν να αναγνωρίσουν αντικείμενα βλέποντας και αγγίζοντας ταυτόχρονα.
• Άνθρωποι που έχουν ενισχυμένο ή ενισχυμένο νευρικό σύστημα με ταχύτερα αντανακλαστικά. Αυτή η εξέλιξη μπορεί να είναι επωφελής για αθλητές και στρατιώτες.

Ερωτήσεις για σχολιασμό

• Θα σας ενδιέφερε να έχετε ενισχυμένο νευρικό σύστημα;
• Ποια είναι τα άλλα πιθανά οφέλη των ρομπότ που μπορούν να αισθανθούν;