현대 로봇 개발 방법:'인간 사이보그가 보편화될 것'

오늘날 신경과학과 로봇은 함께 발전하고 있습니다. HSE 대학의 생체전기 인터페이스 센터(Center for Bioelectric Interfaces)의 학술 감독자인 Mikhail Lebedev는 뇌를 연구하는 것이 로봇 개발에 영감을 주는 방법에 대해 말했습니다.

로봇은 신경과학에 흥미롭고 신경과학은 로봇에 흥미가 있습니다. Science Robotics 저널에 실린 "로봇과 신경과학 융합의 신경공학 과제"라는 기사가 바로 이것입니다. .

이러한 공동 개발은 두 분야의 발전에 기여하여 더 발전된 안드로이드 로봇 개발에 더 가까이 다가가고 인간 두뇌 구조에 대한 더 깊은 이해를 가져옵니다. 그리고 어느 정도 생물학적 유기체와 기계를 결합하여 사이버네틱 유기체(사이보그)를 만듭니다.

로봇을 위한 신경과학

로봇은 종종 메이크업이 인간과 비슷합니다. 이는 인간의 행동과 행동을 모방하는 로봇의 경우에 해당합니다. 신경과학은 산업용 기계에 덜 중요합니다.

로봇을 디자인할 때 가장 눈에 띄는 것은 로봇을 사람처럼 보이게 하는 것입니다. 로봇에는 엔지니어링 관점에서 필요하지 않은 경우에도 종종 두 개의 팔, 두 개의 다리 및 머리가 있습니다. 이는 로봇이 사람과 상호 작용할 때 특히 중요합니다. 우리처럼 보이는 기계는 더 쉽게 신뢰할 수 있습니다.

로봇의 외형뿐만 아니라 '뇌'도 사람과 닮아 있다는 것을 확인할 수 있다. 지각, 정보 처리 및 제어를 위한 메커니즘을 개발할 때 엔지니어는 인간의 신경계 구조에서 영감을 얻습니다.

예를 들어 로봇의 눈(다른 축에서 움직일 수 있는 TV 카메라)은 인간의 시각 시스템을 모방합니다. 인간의 시각이 어떻게 구성되고 시각 신호가 처리되는지에 대한 지식을 기반으로 엔지니어는 동일한 원리에 따라 로봇의 센서를 설계합니다. 이러한 방식으로 로봇은 예를 들어 세상을 3차원으로 볼 수 있는 인간의 능력을 부여받을 수 있습니다.

인간에게는 전정-안구 반사가 있습니다. 눈은 우리가 움직일 때 전정 정보를 사용하여 안정화를 적용하여 우리가 보는 그림의 안정성을 유지할 수 있도록 합니다.

로봇의 몸에 가속도 및 방향 센서가 있을 수도 있습니다. 이는 로봇이 신체 움직임을 고려하여 외부 세계의 시각적 인식을 안정화하고 민첩성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

또한 로봇은 인간처럼 촉각을 경험할 수 있습니다. 로봇은 피부를 가질 수 있고 만지는 것을 느낄 수 있습니다. 그리고 나서 그것은 공간에서 무작위로 움직이는 것이 아닙니다. 장애물에 닿으면 그것을 감지하고 인간처럼 반응합니다. 또한 이 인공 촉각 정보를 사용하여 물체를 잡을 수도 있습니다.

로봇은 통증 감각을 시뮬레이션할 수도 있습니다. 일부 형태의 물리적 접촉은 정상으로 느껴지고 일부는 통증을 유발하여 로봇의 행동을 크게 변화시킵니다. 고통을 피하고 새로운 행동 패턴을 개발하기 시작합니다. 즉, 처음으로 뜨거운 것에 화상을 입은 아이처럼 학습합니다.

감각 시스템뿐만 아니라 로봇의 신체 제어도 인간과 유사하게 설계할 수 있습니다. 인간의 보행은 자율 운동 활동을 제어하도록 설계된 특수 신경 세포인 소위 중심 리듬 생성기에 의해 제어됩니다. 같은 발상으로 보행을 제어하는 ​​로봇이 있습니다.

또한 로봇은 인간에게서 배울 수 있습니다. 로봇은 무한한 방식으로 행동을 할 수 있지만, 인간을 모방하려면 인간을 관찰하고 움직임을 반복해야 합니다. 실수를 하면 인간이 같은 행동을 하는 것과 자신을 비교합니다.

신경과학용 로봇

신경과학은 로봇을 어떻게 사용할 수 있습니까? 생물학적 시스템의 모델을 구축할 때 작동 원리를 더 잘 이해하기 시작합니다. 따라서 인간의 신경계 운동 제어에 대한 기계 및 컴퓨터 모델을 개발하면 신경 기능과 생체 역학을 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

그리고 현대 신경과학에서 로봇을 사용하는 가장 유망한 분야는 뇌 신호를 사용하여 외부 장치를 제어하는 ​​시스템인 신경 인터페이스를 설계하는 것입니다. 신경 인터페이스는 신경 보철(예:사지를 잃은 사람을 위한 인공 팔) 및 외골격(인체의 강도를 높이거나 잃어버린 운동 능력을 회복하기 위한 외부 프레임 또는 골격)의 개발에 필요합니다.

로봇은 양방향 인터페이스를 통해 신경계와 상호 작용할 수 있습니다. 신경계는 로봇에 명령 신호를 보내고 센서의 로봇은 감각 정보를 인간에게 반환하여 신경, 신경 종말을 자극하여 실제 감각을 일으킬 수 있습니다. 피부 또는 감각 피질 자체에서.

이러한 피드백 메커니즘을 통해 사지가 상실된 경우 사지의 감각을 복원할 수 있습니다. 팔과 다리에서 받은 감각 정보를 기반으로 움직임을 수정하기 때문에 로봇 팔다리의 보다 정확한 움직임에도 필요합니다.

여기서 흥미로운 질문이 생깁니다. 신경 인터페이스를 통해 로봇의 모든 자유도를 제어해야 합니까? 즉, 특정 명령을 어떻게 보내야 할까요?

예를 들어, 로봇 팔에 물 한 병을 집어 올리도록 "명령"할 수 있으며, 로봇 팔은 팔을 내리고 돌리고 손의 손가락을 풀고 움켜쥐는 등의 특정 작업을 자체적으로 수행합니다.

이 접근 방식을 결합 제어라고 합니다. 우리는 신경 인터페이스를 통해 간단한 명령을 내리고 로봇 내부의 특수 컨트롤러는 구현을 위한 최상의 전략을 선택합니다.

또는 '병 가져가기' 명령을 이해하지 못하는 메커니즘을 만들 수도 있습니다. 특정 동작에 대한 정보를 보내야 합니다.

현재 연구

신경 과학자와 로봇 과학자는 뇌 작동 및 로봇 장치의 다양한 측면을 연구합니다. 예를 들어, Duke University에서 원숭이에 대한 신경 인터페이스 실험을 수행했습니다. 인터페이스가 정확하게 작동하려면 인터페이스가 뇌 영역에 직접 연결되어야 하고 이러한 실험적 개입이 항상 인간에게 수행될 수 있는 것은 아니기 때문입니다.

내 연구 중 하나에서 원숭이가 길을 따라 걸었고 다리의 움직임을 담당하는 운동 피질의 활동을 읽고 로봇이 걷기 시작했습니다. 동시에 원숭이는 앞에 놓인 스크린에서 이 걷는 로봇을 관찰했습니다.

원숭이는 피드백을 사용하여 화면에서 본 것을 기반으로 움직임을 수정했습니다. 이것이 보행을 구현하기 위한 가장 효과적인 신경 인터페이스가 개발되는 방식입니다.

사이버네틱의 미래

이러한 연구는 우리를 미래의 혁신적인 발전으로 이끕니다. 예를 들어, 완전히 마비된 사람들의 움직임을 복원하기 위해 외골격을 만드는 것은 더 이상 달성할 수 없는 환상처럼 보이지 않습니다. 단지 시간이 걸릴 뿐입니다.

컴퓨터 성능의 부족으로 인해 진행이 지연될 수 있지만 지난 10년 동안의 발전도 엄청났습니다. 우리 주변에서 휠체어나 유모차 대신 가볍고 편안한 외골격을 사용하는 사람들을 곧 보게 될 것입니다.

인간 사이보그가 일반화될 것입니다.

이러한 시스템의 상업적 개발은 러시아를 포함하여 전 세계에서 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 유명한 ExoAtlet 프로젝트는 운동 장애가 있는 사람들의 재활을 위한 외골격을 개발하고 있습니다.

HSE 생체전기 인터페이스 센터는 다음 기계의 알고리즘 개발에 참여했습니다. 센터 책임자인 Alexey Ossadtchi 교수와 그의 박사과정 학생들은 외골격의 보행 움직임을 유발하는 신경 인터페이스를 개발했습니다.

휴머노이드 로봇의 급속한 발전도 현실이 되고 있습니다. 우리처럼 움직이고 우리처럼 생각하는 다양한 면에서 우리를 모방하는 로봇이 곧 우리 주변을 돌아다니게 될 것입니다. 그들은 이전에 인간에게만 가능했던 일부 작업을 수행할 수 있습니다.

분명히 우리는 로봇 공학과 신경 과학의 발전을 보게 될 것이며 이 분야는 수렴될 것입니다. 이것은 새로운 기회를 제공할 뿐만 아니라 우리가 안드로이드 로봇이나 인간 사이보그를 어떻게 다루어야 하는지와 같은 새로운 윤리적 질문을 생성합니다.

그러나 아직까지는 인간이 여러 면에서 로봇보다 낫습니다. 우리의 근육은 가장 경제적입니다. 샌드위치를 ​​먹으면 하루 종일 충분한 에너지를 얻을 수 있습니다. 로봇의 배터리가 30분 안에 방전됩니다.

그리고 그것이 인간보다 훨씬 강력할지라도 종종 너무 무겁습니다. 우아함과 에너지 용량 최적화와 관련하여 지금까지 인간은 여전히 ​​로봇보다 우수합니다.

이것이 바뀔 날이 멀지 않은 미래입니다. 수만 명의 재능 있는 과학자와 엔지니어가 이 목표를 위해 노력하고 있습니다.

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