Аватар ближе, чем может показаться
Число проводимых сегодня в мире исследований, которые способны превратить события нашумевшего фильма «Аватар» Джеймса Камерона в жизнь, растет ежедневно и приносит осязаемые плоды. Такие исследования сопровождаются конкретным результатом, о них говорят не только мечтатели и фантасты, но и видные ученые, и руководители, в том числе и российские. К примеру, Дмитрий Рогозин не так давно в одном из своих интервью рассказал журналистам о том, что среди реализуемых российским Фондом перспективных исследований проектов есть и работы по созданию аватара.
Под аватаром сегодня понимают совокупность компонентов — своеобразный симбиоз машины (исполнительный механизм) и мозга человека, который построен на базе нейроинтерфейса. Если такие технологии будут реализованы в полном объеме, человек получит возможность управлять как отдельным исполнительным механизмом, так и целой машиной на расстоянии при помощи своей мысли. Аватар — это своеобразное полноценное «Я» на расстоянии. Все, что происходит вокруг робота-аватара, должно в полном объеме передаваться оператору с таким уровнем достоверности, чтобы он чувствовал себя находящимся там же, где и сам исполнительный механизм. Реализовать это гораздо сложнее, чем обычное управление роботом на расстояние, доступное еще со времен советских луноходов.
Научно-технические достижения, которые удалось накопить за последние полвека, в сумме уже позволяют заменить 60-70% функций тела человека. В настоящее время остается лишь проанализировать, что именно даст нам возможность уйти от фантазий и перейти к реальному проектированию аватара, благо предпосылки действительно есть. Достижением всего человечества является разработка большого числа самых разнообразных роботов, которые сегодня приобретают способность не просто решать запрограммируемые задачи, но и самостоятельно принимать решения, оценивать обстановку. Когнитивные способности современных робототехнических комплексов все ближе подбираются к возможностям человека.
Перспективность такого рода работ почувствовали и современные крупные компании. К примеру, Google только в 2013 году приобрел 8 робототехнических компаний по всему миру, сделав это всего за полгода. Среди покупок интернет-гиганта есть известная компания Boston Dynamics, а также японская Shaft. Помимо этого, компания Google проявляет интерес к биоинженерии, в 2013 году Google основал биотехнологическую компанию Calico — California Life Company.
Первые ласточки
Важный шаг по приближению аватара к реальности сделали нейрофизики. Им удалось научить обезьян использовать две виртуальных руки, управляя ими лишь при помощи мысли. Это важный шаг в области развития интерфейса «мозг-компьютер». Пока что обезьяны управляют виртуальными руками на экране компьютера, с их помощью не возьмешь реальное лакомство. Однако управляя этими виртуальными руками с помощью мозга и решая с их помощью задачи на экране монитора, обезьяны получают вознаграждение. Виртуальные руки и есть обезьяний аватар.
Данные эксперименты проводятся сегодня в лаборатории нейрофизиолога Мигеля Николелиса в Медицинском центре Университета Дьюка. В эксперименте участвуют две обезьяны — мужского и женского пола. В мозг каждой из них ученые вживили рекордное число микроэлектродов, которые занимаются регистрацией электрической активности нейронов мозга. В мозг самки вживили 768 электродов, самца — 384. До недавних пор такое не удавалось осуществить ни одному нейрофизиологу в мире.
Микроэлектроды располагаются на специальных платах, которые были расположены в различных областях коры обезьяньего мозга. Каждый из этих микроэлектродов регистрирует электрические импульсы, поступающие от окружающих его нейронов. В результате ученым удается записывать у каждой обезьяны активность более чем 500 нейронов. При этом обезьянам показывали аватар, который мог манипулировать с предметами различной формы. Потом их начали учить управлять им при помощи джойстика.
В момент этого управления ученые вели регистрацию активности нейронов их мозга, строя по полученным данным модель, которая позволяла связать активность тех или иных нейронов с определенными движениями рук. При этом до недавнего времени все подобные эксперименты проводились лишь с одной рукой. Переход на управление двумя руками при помощи мозговой активности — это принципиальный шаг вперед в развитии.
Разработанная модель стала основой создания интерфейса «мозг-компьютер», который позволяет перейти к управлению виртуальными руками-аватарами с помощью одной лишь мысли. Это означает, что желание обезьяны передвинуть свою руку влево или вправо сопровождалось активностью ключевых нейронов мозга, в то время как разработанный интерфейс занимался трансформацией данной активности в нужное движение виртуальной руки. Для декодирования активности нейронов специалисты применили алгоритм, который уже был ими создан в рамках предыдущих исследований, которые проводились с одной рукой.
В тот момент, когда у обезьян забрали джойстик, они с помощью упорных тренировок научились с помощью своей мысли направлять виртуальные руки на экране на специальные мишени, удерживая их на мишенях в течение некоторого времени. Мишенями служили различные геометрические фигуры. Если обезьяны справлялись с задачей, они получали за это лакомство. Ученые провели обучение макак в нескольких вариантах. Сначала руки обезьян были свободны и они могли как бы применять их для помощи себе, проделывая те же движения, что и виртуальная рука. Однако на втором этапе руки обезьян жестко прикрепили к креслу, оставив им для управления виртуальной реальностью только их мозг.
Еще одной интересной разработкой является искусственная сверхсильная эластичная мышца, которая создается командой Национального университета Сингапура (NSU). По словам главного разработчика этой технологии Адрианы Кох, главной целью является создание мышечной ткани, которая превзойдет природные образцы. По ее словам, материалы, из которых изготовлена их искусственная мышца, имитируют деятельность настоящих тканей людей и в состоянии мгновенно реагировать на поступающий электрический импульс. Сообщается, что данная мышца в состоянии поднимать вес, который в 80 раз больше ее собственного. В ближайшем будущем, через 3-5 лет, специалисты рассчитывают объединить данную мышцу с роботизированной рукой, которая по виду будет почти неотличима от настоящей человеческой руки, но при этом в 10 раз сильнее ее.
Есть у такой технологии и другие преимущества. Сокращения и движения искусственных мышц могут способствовать выработке «побочного продукта» — энергии, которую можно будет конвертировать из механической в электрическую. Благодаря природным свойствам используемых в искусственной мышце материалов она сможет удерживать в себе достаточно большое количество энергии. Благодаря этому робот, который получит такие мышцы, может стать энергетически автономным и независимым. Для проведения подзарядки ему понадобится не более минуты времени.
Широкое развитие получают и технологии по созданию искусственных глаз. Ученые работают над созданием различных протезов сетчатки. Еще больших успехов удалось добиться в разработке слуховых протезов. На протяжении нескольких лет на территории США пациентам устанавливают систему из микрокомпьютера, микрофона и электродов, которые подключаются к слуховым нервам. Такую систему уже удалось установить более чем 200000 пациентов, что говорит о том, что это уже не единичные эксперименты ученых, а обыденная клиническая практика.
Венцом творения современных ученых, демонстрирующим утверждение о том, что мы в состоянии заменить 60-70% функций человеческого тела искусственными имплантатами, стал первый в мире биоробот «Рекс». У такого бионического человека все установленные органы — от глаз до сердца — не простоя являются искусственными. Они все из числа тех, что уже устанавливаются реальным пациентам или проходят серию испытаний. Благодаря имеющемуся набору протезов «Рекс» слышит, видит, может ходить и функционировать, он в состоянии даже поддерживать простейший разговор, так как наделен несложным искусственным интеллектом.
При этом у бионического человека не хватает своего желудка, легких, мочевого пузыря. Все эти искусственные органы еще не придуманы, впрочем, и до разработки искусственного мозга еще очень далеко. При этом разработчики «Рекса» считают, что в ближайшем будущем любой имплантат будет доступен людям. Также ученые полагают, что когда-нибудь ими станут пользоваться и здоровые люди, которые будут заменять внутренние органы по мере износа, а это уже прямой путь к бессмертию.
Проблемы технологии «Аватар»
В 2013 году в Нью-Йорке состоялась очередная международная конференция под названием «Глобальное будущее». На данной конференции по традиции подводятся итоги технического задела по масштабному проекту «Аватар». Руководитель данного проекта российский предприниматель Дмитрий Ицков занимается привлечением инвесторов во всем мире. По словам Ицкова, в недалеком будущем может быть создано искусственное тело, которое по ряду своих функциональных качеств не будет отличаться от оригинала, а со временем даже сможет его превзойти. Помимо этого, идет работа над созданием технологии переноса в это искусственное тело личности человека, что может обеспечить неограниченную продолжительность жизни, подарить людям бессмертие. Была названа даже дата реализации первого этапа данной программы — 2045 год.
Уже сейчас проект «Аватар» сравнивают с наиболее крупными достижениями в истории человеческой цивилизации. Такими, к примеру, как проект по созданию атомной бомбы, полет в космос, высадка на Луну. В настоящее время в наличии уже практически есть два элемента данной программы — исполнительные механизмы и человеческий мозг. Главным препятствием на пути создания полноценного, функционирующего биомеханического симбиоза между ними является нейроинтерфейс — то есть система прямой и обратной связи.
При разработке такой связи появляется большое количество вопросов. Вот лишь один из них: к какой из миллиарда клеток в моторной коре человеческого мозга лучше всего подводить электроды для управления, к примеру, протезом ноги? Как найти необходимые клетки, защититься от различных помех, обеспечить необходимую точность, перевести последовательность нервных импульсов клетки мозга в точные и понятные команды для искусственного механизма?
Вслед за этими общими вопросами по реализации появляется и большое количество частных. К примеру, электроды, которые вводятся в человеческий мозг, достаточно быстро обрастают слоем глиальных клеток. Эти клетки — своеобразная защита для нашей нейросреды, которая затрудняет связь с вживленными электродами. Глиальные клетки стараются блокировать все, что они считают или воспринимают инородным телом. В настоящее время разработка необрастающих и одновременно безвредных микроэлектродов все еще представляет серьезную проблему без конечного решения. Эксперименты в этом направлении ведутся непрерывно. Предлагаются электроды, выполненные из нанотрубок, электроды со специальным покрытием, возможна замена электрических импульсов на световые сигналы (проверено на животных), но заявлять о полном решении проблемы еще рано.
Источники информации:
http://vpk-news.ru/articles/19099
http://www.gazeta.ru/science/2013/11/08_a_5740649.shtml
http://www.vesti.ru/doc.html?id=1125606
http://www.nanonewsnet.ru/news/2013/reks-pervyi-v-mire-bionicheskii-chelovek
Под аватаром сегодня понимают совокупность компонентов — своеобразный симбиоз машины (исполнительный механизм) и мозга человека, который построен на базе нейроинтерфейса. Если такие технологии будут реализованы в полном объеме, человек получит возможность управлять как отдельным исполнительным механизмом, так и целой машиной на расстоянии при помощи своей мысли. Аватар — это своеобразное полноценное «Я» на расстоянии. Все, что происходит вокруг робота-аватара, должно в полном объеме передаваться оператору с таким уровнем достоверности, чтобы он чувствовал себя находящимся там же, где и сам исполнительный механизм. Реализовать это гораздо сложнее, чем обычное управление роботом на расстояние, доступное еще со времен советских луноходов.
Научно-технические достижения, которые удалось накопить за последние полвека, в сумме уже позволяют заменить 60-70% функций тела человека. В настоящее время остается лишь проанализировать, что именно даст нам возможность уйти от фантазий и перейти к реальному проектированию аватара, благо предпосылки действительно есть. Достижением всего человечества является разработка большого числа самых разнообразных роботов, которые сегодня приобретают способность не просто решать запрограммируемые задачи, но и самостоятельно принимать решения, оценивать обстановку. Когнитивные способности современных робототехнических комплексов все ближе подбираются к возможностям человека.
Перспективность такого рода работ почувствовали и современные крупные компании. К примеру, Google только в 2013 году приобрел 8 робототехнических компаний по всему миру, сделав это всего за полгода. Среди покупок интернет-гиганта есть известная компания Boston Dynamics, а также японская Shaft. Помимо этого, компания Google проявляет интерес к биоинженерии, в 2013 году Google основал биотехнологическую компанию Calico — California Life Company.
Первые ласточки
Важный шаг по приближению аватара к реальности сделали нейрофизики. Им удалось научить обезьян использовать две виртуальных руки, управляя ими лишь при помощи мысли. Это важный шаг в области развития интерфейса «мозг-компьютер». Пока что обезьяны управляют виртуальными руками на экране компьютера, с их помощью не возьмешь реальное лакомство. Однако управляя этими виртуальными руками с помощью мозга и решая с их помощью задачи на экране монитора, обезьяны получают вознаграждение. Виртуальные руки и есть обезьяний аватар.
Данные эксперименты проводятся сегодня в лаборатории нейрофизиолога Мигеля Николелиса в Медицинском центре Университета Дьюка. В эксперименте участвуют две обезьяны — мужского и женского пола. В мозг каждой из них ученые вживили рекордное число микроэлектродов, которые занимаются регистрацией электрической активности нейронов мозга. В мозг самки вживили 768 электродов, самца — 384. До недавних пор такое не удавалось осуществить ни одному нейрофизиологу в мире.
Микроэлектроды располагаются на специальных платах, которые были расположены в различных областях коры обезьяньего мозга. Каждый из этих микроэлектродов регистрирует электрические импульсы, поступающие от окружающих его нейронов. В результате ученым удается записывать у каждой обезьяны активность более чем 500 нейронов. При этом обезьянам показывали аватар, который мог манипулировать с предметами различной формы. Потом их начали учить управлять им при помощи джойстика.
В момент этого управления ученые вели регистрацию активности нейронов их мозга, строя по полученным данным модель, которая позволяла связать активность тех или иных нейронов с определенными движениями рук. При этом до недавнего времени все подобные эксперименты проводились лишь с одной рукой. Переход на управление двумя руками при помощи мозговой активности — это принципиальный шаг вперед в развитии.
Разработанная модель стала основой создания интерфейса «мозг-компьютер», который позволяет перейти к управлению виртуальными руками-аватарами с помощью одной лишь мысли. Это означает, что желание обезьяны передвинуть свою руку влево или вправо сопровождалось активностью ключевых нейронов мозга, в то время как разработанный интерфейс занимался трансформацией данной активности в нужное движение виртуальной руки. Для декодирования активности нейронов специалисты применили алгоритм, который уже был ими создан в рамках предыдущих исследований, которые проводились с одной рукой.
В тот момент, когда у обезьян забрали джойстик, они с помощью упорных тренировок научились с помощью своей мысли направлять виртуальные руки на экране на специальные мишени, удерживая их на мишенях в течение некоторого времени. Мишенями служили различные геометрические фигуры. Если обезьяны справлялись с задачей, они получали за это лакомство. Ученые провели обучение макак в нескольких вариантах. Сначала руки обезьян были свободны и они могли как бы применять их для помощи себе, проделывая те же движения, что и виртуальная рука. Однако на втором этапе руки обезьян жестко прикрепили к креслу, оставив им для управления виртуальной реальностью только их мозг.
Еще одной интересной разработкой является искусственная сверхсильная эластичная мышца, которая создается командой Национального университета Сингапура (NSU). По словам главного разработчика этой технологии Адрианы Кох, главной целью является создание мышечной ткани, которая превзойдет природные образцы. По ее словам, материалы, из которых изготовлена их искусственная мышца, имитируют деятельность настоящих тканей людей и в состоянии мгновенно реагировать на поступающий электрический импульс. Сообщается, что данная мышца в состоянии поднимать вес, который в 80 раз больше ее собственного. В ближайшем будущем, через 3-5 лет, специалисты рассчитывают объединить данную мышцу с роботизированной рукой, которая по виду будет почти неотличима от настоящей человеческой руки, но при этом в 10 раз сильнее ее.
Есть у такой технологии и другие преимущества. Сокращения и движения искусственных мышц могут способствовать выработке «побочного продукта» — энергии, которую можно будет конвертировать из механической в электрическую. Благодаря природным свойствам используемых в искусственной мышце материалов она сможет удерживать в себе достаточно большое количество энергии. Благодаря этому робот, который получит такие мышцы, может стать энергетически автономным и независимым. Для проведения подзарядки ему понадобится не более минуты времени.
Широкое развитие получают и технологии по созданию искусственных глаз. Ученые работают над созданием различных протезов сетчатки. Еще больших успехов удалось добиться в разработке слуховых протезов. На протяжении нескольких лет на территории США пациентам устанавливают систему из микрокомпьютера, микрофона и электродов, которые подключаются к слуховым нервам. Такую систему уже удалось установить более чем 200000 пациентов, что говорит о том, что это уже не единичные эксперименты ученых, а обыденная клиническая практика.
Венцом творения современных ученых, демонстрирующим утверждение о том, что мы в состоянии заменить 60-70% функций человеческого тела искусственными имплантатами, стал первый в мире биоробот «Рекс». У такого бионического человека все установленные органы — от глаз до сердца — не простоя являются искусственными. Они все из числа тех, что уже устанавливаются реальным пациентам или проходят серию испытаний. Благодаря имеющемуся набору протезов «Рекс» слышит, видит, может ходить и функционировать, он в состоянии даже поддерживать простейший разговор, так как наделен несложным искусственным интеллектом.
При этом у бионического человека не хватает своего желудка, легких, мочевого пузыря. Все эти искусственные органы еще не придуманы, впрочем, и до разработки искусственного мозга еще очень далеко. При этом разработчики «Рекса» считают, что в ближайшем будущем любой имплантат будет доступен людям. Также ученые полагают, что когда-нибудь ими станут пользоваться и здоровые люди, которые будут заменять внутренние органы по мере износа, а это уже прямой путь к бессмертию.
Проблемы технологии «Аватар»
В 2013 году в Нью-Йорке состоялась очередная международная конференция под названием «Глобальное будущее». На данной конференции по традиции подводятся итоги технического задела по масштабному проекту «Аватар». Руководитель данного проекта российский предприниматель Дмитрий Ицков занимается привлечением инвесторов во всем мире. По словам Ицкова, в недалеком будущем может быть создано искусственное тело, которое по ряду своих функциональных качеств не будет отличаться от оригинала, а со временем даже сможет его превзойти. Помимо этого, идет работа над созданием технологии переноса в это искусственное тело личности человека, что может обеспечить неограниченную продолжительность жизни, подарить людям бессмертие. Была названа даже дата реализации первого этапа данной программы — 2045 год.
Уже сейчас проект «Аватар» сравнивают с наиболее крупными достижениями в истории человеческой цивилизации. Такими, к примеру, как проект по созданию атомной бомбы, полет в космос, высадка на Луну. В настоящее время в наличии уже практически есть два элемента данной программы — исполнительные механизмы и человеческий мозг. Главным препятствием на пути создания полноценного, функционирующего биомеханического симбиоза между ними является нейроинтерфейс — то есть система прямой и обратной связи.
При разработке такой связи появляется большое количество вопросов. Вот лишь один из них: к какой из миллиарда клеток в моторной коре человеческого мозга лучше всего подводить электроды для управления, к примеру, протезом ноги? Как найти необходимые клетки, защититься от различных помех, обеспечить необходимую точность, перевести последовательность нервных импульсов клетки мозга в точные и понятные команды для искусственного механизма?
Вслед за этими общими вопросами по реализации появляется и большое количество частных. К примеру, электроды, которые вводятся в человеческий мозг, достаточно быстро обрастают слоем глиальных клеток. Эти клетки — своеобразная защита для нашей нейросреды, которая затрудняет связь с вживленными электродами. Глиальные клетки стараются блокировать все, что они считают или воспринимают инородным телом. В настоящее время разработка необрастающих и одновременно безвредных микроэлектродов все еще представляет серьезную проблему без конечного решения. Эксперименты в этом направлении ведутся непрерывно. Предлагаются электроды, выполненные из нанотрубок, электроды со специальным покрытием, возможна замена электрических импульсов на световые сигналы (проверено на животных), но заявлять о полном решении проблемы еще рано.
Источники информации:
http://vpk-news.ru/articles/19099
http://www.gazeta.ru/science/2013/11/08_a_5740649.shtml
http://www.vesti.ru/doc.html?id=1125606
http://www.nanonewsnet.ru/news/2013/reks-pervyi-v-mire-bionicheskii-chelovek
Информация