Stačilo mu 100 eur, mucha a notebook: Slovák ovláda robota mozgom hmyzu (VIDEO)

Robot za pár eur, MacBook a digitálne zrekonštruovaný nervový systém mušky. Slovenský inovátor Martin Kozár doma prepojil tri svety, ktoré ešte donedávna pôsobili ako sci-fi – neurovedu, umelú inteligenciu a robotiku.

Na počítači rozbehol simuláciu približne 166 700 neurónov nervového systému mušky Drosophila a jej aktivitu prepojil so štvornohým robotom. Vybrané neurónové signály softvér prekladá na jednoduché povely a cez Wi-Fi rozhoduje o tom, či sa robot pohne dopredu, doľava alebo doprava.

Experiment vznikol približne za tri týždne a pri programovaní mu pomáhal Codex. Teraz chce ísť ešte ďalej – robotovi plánuje pridať kameru, aby jeho digitálny „mozog“ dostával podnety z reálneho sveta. S Martinom Kozárom sme sa zhovárali o tom, ako experiment funguje, čo dokáže už dnes a či môžu raz digitalizované biologické nervové systémy riadiť komplexné roboty.

 

• Ako dokázal doma prepojiť digitálny mozog mušky s fyzickým robotom?
• Dokáže robot skutočne „premýšľať“ a rozhodovať sa pomocou nervového systému mušky?
• Akú úlohu pri experimente zohrala AI a čo zaňho naprogramoval Codex?
• Môžu raz digitalizované mozgy riadiť roboty a reagovať na skutočný svet?

Ako vysvetlíte úplnému laikovi, čo ste vlastne doma postavili a čo dnes tento robot dokáže?

Vzal som digitálne zrekonštruovaný nervový systém mušky, rozbehol ho ako simuláciu na MacBooku a pripojil ho k fyzickému štvornohému robotovi.

Ten robot má 12 servomotorov a vie chodiť dopredu, otáčať sa doľava a doprava. Namiesto toho, aby som tieto povely zadával ja cez klávesnicu alebo joystick, prichádzajú z aktivity simulovanej neurónovej siete mušky.

Na MacBooku mi teda v reálnom čase beží simulácia všetkých 166 700 neurónov. Sledujem aktivitu vybraných výstupných neurónov a tú potom softvér preloží do povelu pre robota. Robot dostane cez Wi-Fi napríklad informáciu „choď doprava“ a jeho vlastný firmware už zabezpečí koordináciu všetkých 12 servomotorov.

Najjednoduchšie povedané: na stole mám robota, jeho „mozog“ beží na notebooku a medzi nimi lietajú cez Wi-Fi rozhodnutia o tom, kam sa má robot pohnúť.

Prečo práve mozog mušky? Čím je jej nervový systém zaujímavý pre podobný experiment?

Pretože mucha je dnes jedno z mála zvierat, pri ktorých máme tak neuveriteľne detailnú digitálnu mapu prakticky celého centrálneho nervového systému.

Vedci vzali nervový systém mušky (jedného konkrétneho dospelého samca Drosophila melanogaster), pomocou elektrónovej mikroskopie ho nasnímali v extrémnom detaile a následne zrekonštruovali jednotlivé neuróny a ich prepojenia. Výsledkom je MaleCNS, teda sieť s približne 166 700 neurónmi a desiatkami miliónov spojení.

A na tom je fascinujúci kontrast. 166-tisíc neurónov znie v porovnaní s ľudským mozgom smiešne málo. Napriek tomu mucha dokáže lietať, pristávať, vyhýbať sa prekážkam, hľadať potravu, rozpoznávať podnety, učiť sa a reagovať na nebezpečenstvo.

To znamená, že v tej relatívne malej sieti sa skrýva veľmi veľa „výpočtovej inteligencie“. A práve preto je zaujímavé skúšať, čo sa stane, keď túto biologickú architektúru dostaneme z laboratória do počítača a následne do fyzického robota.

Môžeme povedať, že robot „premýšľa“ pomocou mozgu mušky, alebo by to bolo príliš veľké zjednodušenie?

To by už bolo príliš silné tvrdenie. Presnejšie je povedať, že pohyb robota je riadený aktivitou simulácie, ktorá je postavená na reálne zrekonštruovanom nervovom systéme mušky.

Máme skutočnú mapu neurónov a ich spojení, ale nemáme úplnú digitálnu kópiu biologického mozgu. Nevieme presne simulovať všetku chémiu, receptory, hormóny, iónové kanály alebo vnútorný stav zvieraťa. A už vôbec netvrdím, že sme obnovili vedomie alebo spomienky konkrétnej mušky.

Je to trochu ako keby ste mali extrémne detailnú mapu všetkých ciest v meste. Viete, ktorá cesta vedie kam, poznáte križovatky a hlavné trasy. Ale samotná mapa ešte nie je živé mesto. Aby sa v ňom začalo niečo diať, musíte pridať autá a pravidlá dopravy.

Presne to robí simulácia. Máme biologickú mapu a nad ňou beží model aktivity neurónov.

Ako sa aktivita približne 166-tisíc neurónov reálne zmení na rozhodnutie, že robot pôjde doprava, doľava alebo dopredu?

Celá sieť na MacBooku neustále „žije“. Jednotlivé neuróny prijímajú signály od iných neurónov, ich stav sa mení a keď prekročia určitý prah, vyšlú signál ďalej.

Predstavte si 166-tisíc malých elektrických buniek, ktoré spolu neustále komunikujú.

Ja potom nemusím sledovať každú z nich. Zaujímajú ma vybrané výstupné neuróny, ktoré sa nachádzajú bližšie k motorickej časti nervového systému. Softvér sleduje ich aktivitu a podľa nej vytvorí jednoduchý povel.

Keď určitý vzor aktivity zodpovedá pohybu dopredu, pošle robotovi FORWARD. Pri inom vzore pošle LEFT alebo RIGHT.

Takže medzi neurónmi a robotom je prekladateľ. Na jednej strane dostáva biologicky inšpirovanú elektrickú aktivitu, na druhej strane vydá veľmi jednoduchý príkaz, ktorému už robot rozumie.

Rozhoduje o pohybe samotná simulácia mozgu, alebo ste vy určili, ktoré neurónové signály znamenajú konkrétny pohyb?

Samotnú aktivitu neurónov negenerujem ja. Tá vzniká vo vnútri simulácie podľa zapojenia nervovej siete a matematických pravidiel, ktoré určujú, ako neuróny reagujú.

Ja som však vytvoril rozhranie medzi nervovou sústavou mušky a robotom. Teda rozhodol som, ktoré neurónové výstupy budeme sledovať a ako ich aktivitu preložíme do jazyka štvornohého robota.

To je podľa mňa dôležité povedať úplne otvorene. Samozrejme, muška počas evolúcie nemala štyri robotické nohy a 12 servomotorov. Nemôže teda existovať prirodzený neurón s významom „pohni pravou prednou robotickou nohou o 15 stupňov“. Ja som vytvoril tzv. „prekladač“ medzi dvoma úplne odlišnými telami.

Koľko času vám trvalo celý experiment postaviť a koľko vás približne stál?