Roboter mit Rattenhirn

Steve Potters brandneuer Roboter würde es wahrscheinlich nie in die zweite Runde schaffen Battlebots . Auf einer scheinbar chaotischen Bahn gleitet der zylinderförmige Roboter in der Größe einer Kaffeetasse über einen runden, metergroßen Laufstall. Aber dieser Roboter ist ein Denker, kein Kämpfer, und er denkt mit einem Netzwerk von Neuronen, das aus Rattenembryonen entnommen wurde und sich nur wenige Meter entfernt auf einem elektrodenaktivierten Siliziumchip befindet.

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Das Gerät, das Potter ein Hybrot nennt, ist im Wesentlichen ein von Ratten gesteuerter Roboter und markiert den ersten Fall, in dem kultivierte Neuronen verwendet wurden, um einen Robotermechanismus zu steuern. Und während die Bewegungen des Hybrots weniger anmutig erscheinen mögen, könnten die gewonnenen Erkenntnisse zu Computerchips führen, die biologischen Systemen nachempfunden sind – und vielleicht sogar zu Computern, die biologische Komponenten enthalten. Solche Computer könnten eines Tages lernen, sich selbst reparieren und bestimmte Aufgaben ausführen – wie zum Beispiel Diktate –, bei denen binärbasierte Systeme miserabel sind. Ich verlasse meine ganze Karriere darauf, dass es in diesen neuronalen Netzen eine Welt voller emergenter Eigenschaften gibt, über die wir nichts wissen, sagt Potter, Professor für Biomedizintechnik am Georgia Institute of Technology.

In seinem Experiment platziert Potter einen Lösungstropfen, der Tausende von Rattenneuronenzellen enthält, auf einen Siliziumchip, in den 60 Elektroden eingebettet sind, die mit einem Verstärker verbunden sind. Die elektrischen Signale, die die Zellen aufeinander abfeuern, werden von den Elektroden aufgenommen, die dann das verstärkte Signal an einen Computer senden. Der Computer wiederum leitet die Daten drahtlos an den Roboter weiter.



Der Roboter manifestiert diese neuronale Aktivität dann durch körperliche Bewegung, wobei jede seiner Bewegungen eine direkte Folge davon ist, dass Neuronen mit Neuronen sprechen. Und der Roboter sendet auch Informationen an die Zellen zurück. Ausgestattet mit Lichtsensoren erhält der Roboter durch Infrarotsignale an den Rändern Informationen über seine Position im Laufstall.

Diese Näherungsdaten werden als elektrische Impulse durch den Computer und in die Zellen zurückgesendet. Auf der einen Seite nehmen wir die Aktivität der Zellen auf und steuern damit die Motoren des Roboters, auf der anderen nehmen wir sensorischen Input vom Roboter und übersetzen ihn in Reize für die Zellen in der Schale, sagt Potter. Diese gesamte Rückkopplungsschleife dauert weniger als eine Zehntelsekunde. Im Grunde haben wir diese Zellen in eine Schale genommen und ihnen einen Körper zurückgegeben.

Potter zeichnet die Muster der neuronalen Signalübertragung über lange Zeiträume mit einer Hochgeschwindigkeitskamera auf. Er sucht nach Beweisen dafür, dass die Zellen aus dem Feedback lernen, und er hat beobachtet, dass einige Reize tatsächlich Veränderungen in den Gehirnzellen verursachen, die mehrere Tage andauern. Das Gehirn entwickelt sich definitiv, sagt er.

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Laut Rolf Pfeifer, Professor für Informatik an der Universität Zürich, Schweiz, kann diese Arbeit Auswirkungen auf die Konstruktion selbstheilender Computersysteme haben. Das neuronale Substrat hat diese Fähigkeit zur Selbstreparatur und enorme Plastizität, die in Standard-Tech-Systemen noch fehlt, sagt Pfeifer. Ich kann mir also vorstellen, dass Sie bei Computeranwendungen, bei denen einige Aspekte wirklich adaptives Verhalten erfordern, biologische Substrate mit Standardtechnologie kombinieren können.

Derzeit verwendet Steven DeWeerth, Professor für Elektrotechnik an der Georgia Tech, Potters Erkenntnisse, um tatsächliche Schaltkreise in Silizium zu bauen, obwohl diese Arbeit noch vorläufig ist. Potter sieht, dass die Erkenntnisse aus dieser Forschung auch zu Durchbrüchen bei taktlosen oder asynchronen Chips führen - Chips, die nicht nach dem metronomischen Rhythmus einer internen Uhr arbeiten.

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Im Moment untersucht Potter noch die symbiotische Beziehung zwischen seinen kultivierten Zellen und dem Hybrid. Es kann nicht lange dauern, bis diese lebendigen Netzwerke zu Ideen führen, die Computerdesigner nicht ignorieren können.

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