211service.com
Robot met rattenhersenen
De gloednieuwe robot van Steve Potter zou waarschijnlijk nooit de tweede ronde van Battlebots . De cilindervormige robot, zo groot als een koffiemok, glijdt over een ronde, metergrote box op een ogenschijnlijk chaotisch pad. Maar deze robot is een denker, geen vechter, en hij denkt met een netwerk van neuronen, geruimd uit rattenembryo's, dat zich een paar meter verderop op een elektrode-geactiveerde siliciumchip bevindt.
Het apparaat, dat Potter een hybrot noemt, is in wezen een door ratten bestuurde robot en markeert het eerste geval waarin gekweekte neuronen zijn gebruikt om een robotmechanisme te besturen. En hoewel de bewegingen van de hybrot misschien minder sierlijk lijken, zou de opgedane kennis kunnen leiden tot computerchips die zijn gemodelleerd naar biologische systemen - en misschien zelfs naar computers die biologische componenten bevatten. Dergelijke computers zouden op een dag kunnen leren, zichzelf repareren en bepaalde taken uitvoeren, zoals dicteren, waarbij op binaire systemen gebaseerde systemen ellendig zijn. Ik reken mijn hele carrière op het feit dat er een wereld van opkomende eigenschappen in deze neurale netwerken is waar we niets van weten, zegt Potter, die hoogleraar biomedische technologie is aan het Georgia Institute of Technology.
In zijn experiment plaatst Potter een druppel oplossing met duizenden rattenneuroncellen op een siliciumchip die is ingebed met 60 elektroden die zijn aangesloten op een versterker. De elektrische signalen die de cellen op elkaar afvuren, worden opgevangen door de elektroden die het versterkte signaal vervolgens naar een computer sturen. De computer geeft op zijn beurt de gegevens draadloos door aan de robot.
De robot manifesteert deze neuronale activiteit vervolgens met fysieke beweging, waarbij elk van zijn bewegingen een direct gevolg is van neuronen die met neuronen praten. En de robot stuurt ook informatie terug naar de cellen. Uitgerust met lichtsensoren, ontvangt de robot input over zijn locatie in de box van infraroodsignalen langs de randen.
Deze nabijheidsgegevens worden teruggestuurd door de computer en in de cellen als elektrische pulsen. Aan de ene kant registreren we activiteit van de cellen en gebruiken ze om de motoren in de robot aan te sturen, en aan de andere kant nemen we sensorische input van de robot en vertalen deze naar prikkels voor de cellen in de schaal, zegt Potter. Deze hele feedbacklus duurt minder dan een tiende van een seconde. Kortom, we hebben deze cellen in een schaal genomen en ze een lichaam teruggegeven.
Potter registreert de patronen van neurale signalering gedurende lange perioden met een hogesnelheidscamera. Hij is op zoek naar bewijs dat de cellen leren van de feedback, en hij heeft waargenomen dat sommige stimuli inderdaad veranderingen in de hersencellen veroorzaken die meerdere dagen aanhouden. Het brein is zeker in ontwikkeling, zegt hij.
Volgens Rolf Pfeifer, hoogleraar computerwetenschappen aan de Universiteit van Zürich, Zwitserland, kan dit werk implicaties hebben voor het bouwen van zelfherstellende computersystemen. Het neurale substraat heeft dit vermogen tot zelfherstel en een enorme plasticiteit die nog steeds ontbreekt in standaard technische systemen, zegt Pfeifer. Dus ik kan me voorstellen dat als je computertoepassingen hebt waarbij sommige aspecten echt adaptief gedrag vereisen, je misschien biologische substraten kunt combineren met standaardtechnologie.
Momenteel gebruikt Steven DeWeerth, hoogleraar elektrotechniek aan Georgia Tech, de bevindingen van Potter om daadwerkelijke circuits in silicium te bouwen, hoewel dit werk nog voorlopig is. Potter kan zien dat de kennis die uit dit onderzoek is opgedaan ook leidt tot doorbraken in klokloze of asynchrone chips-chips die niet werken volgens het metronomische ritme van een interne klok.
Voorlopig bestudeert Potter nog steeds de symbiotische relatie tussen zijn gekweekte cellen en de hybrot. Het zal niet lang meer duren voordat deze levende netwerken tot ideeën leiden die computerontwerpers niet kunnen negeren.