Masa Depan Robotika: Robot Modern dan Fenomena Manusia Cyborg

Saat ini, neurosains dan robotika berkembang beriringan. Mikhail Lebedev, pembina akademik di Centre for Bioelectric Interfaces Universitas HSE, berbicara tentang bagaimana studi otak menginspirasi pengembangan robot.

Robot menarik bagi neurosains dan neurosains menarik bagi robot – ini adalah topik artikel “Neuroengineering challenges of fusing robotics and neuroscience” di jurnal Science Robotics.

Pengembangan kolaboratif semacam ini berkontribusi pada kemajuan di kedua bidang, mendekatkan kita pada pengembangan robot android yang lebih canggih dan pemahaman yang lebih dalam tentang struktur otak manusia. Dan, hingga beberapa batas, menggabungkan organisme biologis dengan mesin, untuk menciptakan organisme cybernetic (cyborg).

Neurosains untuk Robot

Robot sering mirip dengan manusia dalam susunannya. Ini benar untuk robot yang dimaksudkan untuk meniru tindakan dan perilaku manusia – neurosains kurang penting untuk mesin industri.

Hal yang paling jelas untuk digunakan dalam desain robot adalah membuatnya terlihat seperti manusia. Robot sering memiliki dua lengan, dua kaki dan sebuah kepala, meskipun tidak perlu dari sudut pandang rekayasa. Ini sangat penting ketika robot akan berinteraksi dengan orang – mesin yang tampak seperti kita lebih mudah dipercaya.

Mungkin untuk memastikan bahwa tidak hanya penampilan, tetapi juga “otak” robot mirip dengan manusia. Dalam mengembangkan mekanisme untuk persepsi, pemrosesan informasi, dan kontrol, insinyur terinspirasi oleh struktur sistem saraf manusia.

Misalnya, mata robot – kamera TV yang dapat bergerak pada sumbu berbeda – meniru sistem visual manusia. Berdasarkan pengetahuan tentang bagaimana visi manusia terstruktur dan bagaimana sinyal visual diproses, insinyur merancang sensor robot sesuai prinsip yang sama. Dengan cara ini robot dapat dilengkapi dengan kemampuan manusia untuk melihat dunia dalam tiga dimensi, misalnya.

Manusia memiliki refleks vestibulo-ocular: mata menerapkan stabilisasi menggunakan informasi vestibuler saat kita bergerak, memungkinkan kita untuk mempertahankan stabilitas gambar yang kita lihat.

Mungkin juga ada sensor percepatan dan orientasi pada tubuh robot. Ini membantu robot untuk mempertimbangkan gerakan tubuh untuk memstabilkan persepsi visual dunia luar dan meningkatkan kelincahan.

Selain itu, robot dapat merasakan sentuhan seperti manusia – robot dapat memiliki kulit, ia dapat merasakan disentuh. Dan kemudian ia tidak hanya bergerak secara acak di ruang: jika menyentuh rintangan, ia merasakannya dan bereaksi padanya seperti manusia. Ia juga dapat menggunakan informasi taktil buatan ini untuk memegang objek.

Robot bahkan dapat mensimulasikan sensasi nyeri: beberapa bentuk kontak fisik terasa normal dan beberapa menyebabkan nyeri, yang secara drastis mengubah perilaku robot. Ia mulai menghindari nyeri dan mengembangkan pola perilaku baru, yaitu ia belajar – seperti anak yang pertama kali terkena sesuatu yang panas.

Tidak hanya sistem sensori, tetapi juga kontrol tubuh robot dapat dirancang secara analog dengan manusia. Pada manusia, berjalan dikontrol oleh central rhythm generators – sel saraf khusus yang dirancang untuk mengontrol aktivitas motor otonom. Ada robot di mana ide yang sama digunakan untuk mengontrol berjalan.

Selain itu, robot dapat belajar dari manusia. Robot dapat melakukan tindakan dalam jumlah tak terbatas cara, tetapi jika ingin meniru manusia, ia harus mengamati manusia dan mencoba mengulangi gerakannya. Ketika ia membuat kesalahan, ia membandingkan diri dengan cara manusia melakukan tindakan yang sama.

Robot untuk Neurosains

Bagaimana neurosains dapat menggunakan robot? Ketika kita membangun model sistem biologis, kita mulai lebih memahami prinsip-prinsip di mana ia bekerja. Oleh karena itu, mengembangkan model mekanis dan komputer dari kontrol gerakan sistem saraf manusia mendekatkan kita pada pemahaman fungsi neurologis dan biomekanika.

Dan area paling menjanjikan penggunaan robot dalam neurosains modern adalah dalam merancang neurointerface – sistem untuk mengontrol perangkat eksternal menggunakan sinyal otak. Neurointerface diperlukan untuk pengembangan neuroprosthesis (misalnya, lengan buatan untuk orang yang telah kehilangan anggota badan) dan exoskeletons – kerangka eksternal atau sosis untuk tubuh manusia untuk meningkatkan kekuatannya atau memulihkan kemampuan motor yang hilang.

Robot dapat berinteraksi dengan sistem saraf melalui antarmuka dua arah: sistem saraf dapat mengirim sinyal perintah ke robot, dan robot dari sensor-nya dapat mengembalikan informasi sensori ke manusia, menyebabkan sensasi nyata dengan merangsang saraf, ujung saraf di kulit, atau korteks sensori itu sendiri.

Mekanisme umpan balik semacam ini memungkinkan untuk memulihkan sensasi anggota badan jika telah hilang. Mereka juga diperlukan untuk gerakan yang lebih presisi dari anggota badan robotik, karena berdasarkan informasi sensori yang diterima dari tangan dan kaki kita memperbaiki gerakan kita.

Ada pertanyaan menarik yang timbul di sini: Apakah kita harus mengontrol semua derajat kebebasan robot melalui antarmuka saraf? Dengan kata lain, bagaimana kita harus mengirim perintah spesifik padanya?

Misalnya, kita bisa “memesan” lengan robotik untuk mengambil botol air, dan ia akan melakukan operasi spesifik: ia akan menurunkan lengan, memutarnya, dan membuka serta menutup jari di tangannya – semuanya sendiri.

Pendekatan ini disebut combined control – kita memberikan perintah sederhana melalui antarmuka saraf, dan pengontrol khusus di dalam robot memilih strategi terbaik untuk implementasi.

Atau kita bisa menciptakan mekanisme yang tidak akan memahami perintah ‘ambil botol’: ia perlu menerima informasi tentang gerakan spesifik dan terperinci.

Studi Saat Ini

Ilmuwan saraf dan ilmuwan robotika mempelajari berbagai aspek operasi otak dan perangkat robotik. Misalnya, di Duke University saya melakukan eksperimen dengan antarmuka saraf pada monyet, karena antarmuka perlu terhubung langsung ke area otak agar bekerja dengan akurat dan intervensi eksperimental semacam ini tidak selalu dapat dilakukan pada manusia.

Dalam salah satu studi saya, seekor monyet berjalan di sepanjang jalan dan aktivitas korteks motornya, yang bertanggung jawab atas gerakan kaki, dibaca dan memicu robot untuk mulai berjalan. Pada saat yang sama, monyet mengamati robot berjalan ini pada layar yang ditempatkan di depannya.

Monyet menggunakan umpan balik, jadi ia memperbaiki gerakannya berdasarkan apa yang dilihat pada layar. Begitulah antarmuka saraf paling efektif untuk implementasi berjalan dikembangkan.

Masa Depan Cybernetic

Penelitian semacam ini membawa kita pada pengembangan inovatif di masa depan. Misalnya, menciptakan exoskeleton untuk memulihkan gerakan orang yang total terpangkal tidak lagi terlihat seperti fantasi yang tidak tercapai – hanya membutuhkan waktu.

Kemajuan mungkin terhalang oleh kurangnya daya komputer, tetapi development selama sepuluh tahun terakhir juga sangat besar di sini. Mungkin segera kita akan melihat orang di sekitar kita menggunakan exoskeleton yang ringan dan nyaman daripada kursi roda atau stroller untuk berjalan.

Manusia cyborg akan menjadi umum.

Pengembangan komersial sistem semacam ini sedang berlangsung di seluruh dunia, termasuk di Rusia. Misalnya, proyek ExoAtlet yang terkenal sedang mengembangkan exoskeleton untuk rehabilitasi orang dengan disabilitas motor.

Centre for Bioelectric Interfaces Universitas HSE berpartisipasi dalam pengembangan algoritma untuk mesin ini: Kepala Centre, Profesor Alexey Ossadtchi, dan mahasiswa doktornya mengembangkan antarmuka saraf yang memicu gerakan berjalan exoskeleton.

Pengembangan cepat humanoid robot juga menjadi kenyataan. Mungkin segera kita akan memiliki robot yang berjalan di sekitar meniru kita dalam banyak hal – bergerak seperti kita dan berpikir seperti kita. Mereka akan dapat melakukan beberapa pekerjaan yang sebelumnya hanya tersedia untuk manusia.

Jelas, kita akan melihat development baik robotika maupun neurosains, dan bidang-bidang ini akan berkontur. Ini tidak hanya membuka peluang baru, tetapi juga menciptakan pertanyaan etika baru, seperti bagaimana kita harus memperlakukan android robot atau manusia cyborg.

Dan namun, sejauh ini, manusia lebih baik daripada robot dalam banyak hal. Otot kita adalah yang paling hemat: makan sandwich dan Anda akan memiliki cukup energi untuk seluruh hari. Robot akan baterai habis dalam setengah jam.

Dan meskipun mungkin jauh lebih kuat daripada manusia, ia seringkali terlalu berat. Ketika bicara soal keanggunan dan optimisasi kapasitas energi – sejauh ini, manusia masih lebih unggul dari robot.

Tidak lama lagi di masa depan ketika ini akan berubah – ada puluhan ribu ilmuwan dan insinyur berbakat yang bekerja menuju tujuan ini.

Dari situs mitra kami, Science and Technology News