Создана искусственная нервная система с сознательными реакциями

Учёные создали искусственную нервную систему, которая обучается двигательным навыкам "сознательно", как человек. Разработка поможет в создании "умных" роботов и протезов.

У нас есть много способов реагировать на стимулы окружающего мира. Простейший из них – это безусловный рефлекс. Например, коснувшись горячего предмета, мы тут же отдёргиваем руку, причём даже до того, как почувствуем боль и тем более до того, как поймём, что случилось. Это бессознательная реакция, которой не нужно учиться.

Но есть бессознательные реакции, которые формируются в процессе обучения. При этом человек не прилагает к обучению сознательных усилий и вообще не замечает, что чему-то учится. А после обучения он не может противостоять наработанным реакциям.

Например, пусть Василий Пупкин часто обедает в столовой и обычно не бывает там по другим поводам. Тогда при входе в столовую у него будет вырабатываться слюна, даже если в этот раз он зашёл забрать забытый зонтик. Это наработанный условный рефлекс: нервная система усвоила, что столовая – значит, еда, и отдаёт команду вырабатывать слюну независимо от того, что сам Пупкин думает по этому поводу.

Бывают умения другого типа, например, навык ловить летящий на нас мяч. Человек предпринимает сознательные усилия, чтобы научиться этому, и может реагировать на советы типа "держи руки шире". Он понимает, что ловит мяч, и может не делать этого, если не хочет. Поэтому реакция такого типа называется сознательной.

Впрочем, спортсмен едва ли в силах детально описать все движения, которые необходимы, чтобы поймать мяч. И уж точно он не обдумывает каждое из них в отдельности, находясь на баскетбольной площадке. Поэтому термин "сознательная реакция" не стоит понимать слишком буквально. Тем более что ловить мяч могут обучиться и животные, обладающие лишь зачатками сознания.

Тем не менее по этой классификации многие наши двигательные навыки относятся именно к сознательным реакциям. Среди них, например, умение ездить на велосипеде, водить машину или застёгивать пуговицы.

Именно реакциям такого типа обучается новый робот, созданный учёными из Южной Кореи. Он ловит мяч (реакция) в ответ на вспышку света (стимул).

Схема в общих чертах имитирует работу нервной системы человека при выработке двигательных реакций. Фотоэлемент "видит" вспышку света, преобразуя световые волны в электрический сигнал. В этом смысле он имитирует сетчатку человеческого глаза. Далее этот сигнал передаётся в систему из искусственных нейронов, которая управляет роботизированной рукой.

Одновременно со вспышкой света на роботизированную руку сверху падает мяч. Задача системы – научиться, увидев вспышку, сжимать "ладонь" как раз вовремя, чтобы поймать снаряд.

На ранних стадиях эксперимента робот ещё не умел этого делать. На "принятие решения" поймать мяч уходило 2,56 секунды. За это время тот успевал удариться о манипулятор и отскочить от него. Однако после обучения время реакции сократилось до 0,23 секунды. Это сделало робота достаточно проворным, чтобы справляться с заданием.

Разумеется, машина, освоившая такого рода "сознательные реакции", не обладает сознанием. Но от неё этого и не требуется. Исследователи ставят себе куда более скромные задачи: создать более совершенных роботов, а также "умные" протезы для лиц с парализованными или ампутированными конечностями, которым многие привычные здоровому человеку повседневные действия даются с большим трудом или вообще недоступны.

Отметим, что самообучающиеся роботы, манипулирующие предметами – это не новость. Но обычно их "мозг" (точнее, искусственная нейронная сеть) реализуется в виде программы на обычном компьютере. В этот раз исследователи создали искусственные нейроны "в железе".

Исторически такой подход тоже не нов. Собственно, разработка искусственных нейронных сетей и началась ещё в 1950-х годах с конструирования тёплых ламповых нейронов (в буквальном смысле). Но он применяется редко, и его возможности всё ещё недостаточно изучены. К тому же технологии создания новых электронных компонентов постоянно совершенствуются и открывают путь новым поколениям искусственных нейронов. Например, в "компонентах мозга" нового устройства использован графен, который был изобретён не так уж давно.

Научная статья с результатами исследования была опубликована в журнале Science Advances.

К слову, ранее мы рассказывали о роботе, в некотором смысле осознающем себя.

Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе "Наука" на медиаплатформе "Смотрим".