Аватар. Фантазии становятся реальностью
Количество исследований, способных превратить в реальность события известного фильма «Аватар» Джеймса Камерона, растет с каждым днем и приносит конкретные результаты. О некоторых из них говорят не только фантасты и мечтатели, но уже и ответственные политики и руководители. Например, заместитель председателя правительства России
Дмитрий Рогозин в интервью одному из отечественных телеканалов назвал проект создания аватара в числе других, реализуемых Фондом перспективных исследований.
Аватар – это совокупность компонентов, симбиоз человеческого мозга и машины (исполнительного механизма), сформированный на основе нейроинтерфейса. В результате такой интеграции человечество может получить возможность управлять машиной и вообще любым исполнительным механизмом с помощью мысли. Но это не просто управление роботом на расстоянии, которое было реализовано в далекие годы, например в проекте советского лунохода. Человек, направляющий робота-аватара, должен иметь полномасштабную обратную связь: видеть то, что видит управляемый им объект, слышать, ощущать, обонять все то, что находится вокруг. Вдыхаемый объектом воздух должен быть виртуально вдыхаем человеком-оператором. То есть аватар – это полноценное «Я» на расстоянии. Все, что происходит, должно передаваться оператору настолько достоверно, чтобы он чувствовал себя находящимся там, где исполнительный механизм. В общем, все то, что показано в нашумевшем голливудском 3D-фильме. Грани между фантастическим боевиком и производственной драмой уже стираются.
Киборги
Остается только проанализировать, что именно дает возможность перейти от фантазий к реальному проектированию аватара, какие есть к тому предпосылки и какие сложности стоят на пути, какой научно-технический задел уже имеется в этой области. Безусловным достижением является создание многочисленных типов роботов, которые все в большей степени приобретают способность не только выполнять запрограммированные ранее действия, но и оценивать обстановку, принимать самостоятельные решения. То есть когнитивные способности робототехнических комплексов (РТК) постепенно и последовательно приближаются к способностям человека. Здесь можно привести многочисленные примеры, но об этих достижениях написано уже достаточно много и повторяться вряд ли есть смысл.
“ Научно-технические достижения, накопленные за последние 50 лет, в сумме уже позволяют заменить 60–70% функций человеческого тела ”
Важно отметить, что почувствовав перспективность подобного рода исследований, многие компании стали собирать вокруг себя всех тех, кто имеет более или менее значительные наработки в рассматриваемой области. Например, Google в 2013-м за полгода приобрела восемь робототехнических компаний, среди которых Boston Dynamics, японская Shaft – победитель одного из конкурсов на создание РТК, организованных в 2013 году DARPA (речь идет о конкурсе по проекту Robotics Challenge Trials – роботу, способному проходить полосу препятствий, имитирующую зону бедствия). Мало того, в том же году интернет-гигант занялся поиском бессмертия, основав биотехнологическую компанию Calico (California Life Company).
Важным шагом на пути создания аватара является решение проблемы, связанной с тактильной чувствительностью (обратной связью) механических органов РТК. Одно из последних достижений в этой области – бионический протез, разработанный объединенной командой специалистов из Cleveland Veterans Affairs Medical Center и Case Western Reserve University. Разработчики оснастили протез двадцатью датчиками и подключили его сенсоры напрямую к соответствующим нервным окончаниям оставшейся части конечности. Таким образом человек даже с закрытыми глазами может понять, какой предмет он держит. Новая технология решит множество бытовых проблем, например позволит брать и держать хрупкие предметы без опасений раздавить их.
Исследователи из медицинского центра университета Дьюка (США) научили обезьян с помощью нейроинтерфейса управлять сразу двумя виртуальными руками. Для этого пришлось одновременно регистрировать активность почти 500 нейронов в обоих полушариях головного мозга. Это настоящий прорыв в развитии интерфейсов «мозг – машина», поскольку будущие мозговые имплантаты, направленные на восстановление подвижности у людей, должны обеспечивать управление несколькими конечностями.
Команда из Национального университета Сингапура (NUS) представила свою новую разработку – сверхсильную и эластичную искусственную мышцу, которая может поднимать вес в 80 раз больше собственного. В ближайшие три – пять лет планируется создать робототехническую руку с использованием искусственных мышц, которая будет практически неотличима от настоящей, но при этом в десятки раз сильнее.
Европейский союз начал реализацию Human Brain Project, десятилетнего глобального проекта, цель которого – понять устройство и принципы работы головного мозга человека. В настоящее время Human Brain Project считается самой масштабной в истории науки программой, осуществляемой в нейробиологии, нейроинформатике и других областях, которые изучают мозг человека. По инициативе президента США появился крупный проект по исследованию мозга – BRAIN, в рамках которого планируется создать технологии, позволяющие изучить функционирование клеток и нейронов мозга, что поможет понять природу таких заболеваний, как эпилепсия, синдром Альцгеймера и аутизм. Оба проекта приближают человечество не только к выяснению принципов работы головного мозга человека, но и к пониманию того, что такое сознание, личность, самоидентификация.
Примечание Владимира Зыкова. Представил себе стадо европейских роботов на гей-параде
А ведь у них ничего другого и не получится! У кого что болит…
В Калифорнийском университете в Беркли разработан новый универсальный интерфейс «мозг – компьютер». Из-за малых размеров он получил название нейропыль. Это одновременно способ более точного управления любой электроникой с помощью силы мысли и новый диагностический метод с высочайшей точностью.
Устройство под названием Argus II создано калифорнийской компанией Second Sight Medical Products. Оно показано к использованию при дегенеративном изменении сетчатки, обусловленном наследственным заболеванием – пигментным ретинитом (Retinitis Pigmentosa). Устройство состоит из специальных очков с видеокамерой и процессором, преобразующим зрительный сигнал в электрический импульс, поступающий по зрительному нерву в головной мозг.
Несмотря на то, что полностью восстановить зрение с помощью такого имплантата невозможно, он помогает незрячим людям в повседневной жизни, когда необходимо определить местонахождение предметов, их форму, прочитать крупные буквы. Это еще один весомый шаг в создании человекомашинных интерфейсов.
В настоящее время разрабатываются две принципиально разные схемы протезов сетчатки – для пациентов с уцелевшим зрительным нервом и для тех, кого одной лишь заменой светочувствительных элементов в глазах от слепоты не избавить. Первым успешно вживляют искусственную светочувствительную матрицу (как минимум одно устройство уже допущено на рынок), а вторым передают изображение с видеокамеры непосредственно к зрительной коре. Последнее, разумеется, требует не просто вживления USB-провода: специальный микрокомпьютер переводит сигнал с камеры на понятный нервным клеткам язык.
Камеру закрепляют на очках, компьютерный блок размещают в удобном месте (он имеет габариты мобильного телефона), а сигнал на электроды передают без проводов по радиоканалу. Устройство, работающее с нервными клетками напрямую, можно полностью убрать под кожу и тем самым минимизировать риск инфекции. Электродные матрицы насчитывают иногда больше сотни отдельных тонких проволочек, закрепленных на общей пластине. Вся конструкция немного напоминает игольчатый аппликатор-массажер, уменьшенный во много раз.
Ученые упомянутого Калифорнийского университета вместе со специалистами Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли представили еще одну инновационную разработку – электронные вибриссы. Это осязательные механочувствительные длинные жесткие волосы многих млекопитающих (например усы кошачьих), выступающие над поверхностью шерстного покрова. Они выполняют тактильную функцию, дополняя другие органы чувств вроде зрения и слуха.
Похожим образом работают электронные вибриссы. Они улавливают малейшие изменения давления, передавая информацию на обработку в электронную систему. При создании изделия использовались углеродные нанотрубки для формирования особой проводящей матрицы с хорошей гибкостью. Затем на нее была нанесена тончайшая пленка серебряных наночастиц, что позволило добиться очень высокой чувствительности к механическим воздействиям. В качестве структурного компонента электронные вибриссы используют эластичное волокно с низкой динамической жесткостью.
Разработчики сообщают, что их детище способно регистрировать давление всего в один паскаль. По сравнению с существующими емкостными и резистивными сенсорами чувствительность увеличена на порядок. Исследователям уже удалось получить при помощи своих датчиков высокоточную трехмерную карту движения воздушных потоков. Электронные вибриссы могут быть использованы в качестве органов чувств для роботов или в человекомашинных интерфейсах.
Работы по созданию протеза уха продвинулись еще дальше. Уже несколько лет назад в США систему из микрофона, микрокомпьютера и электродов, подключаемых к слуховым нервам, установили более чем 200 тысячам пациентов, то есть это не единичные лабораторные эксперименты, а стандартная клиническая практика.