能像人類大腦一樣思考和執(zhí)行指令機(jī)器人問(wèn)世行走十六步即可成功穿越迷宮

能否將人類的“智力”植入到機(jī)器呢？物理儲(chǔ)層計(jì)算（一種理解大腦信號(hào)的技術(shù)）的進(jìn)一步突破，對(duì)發(fā)明像人類一樣思考的人工智能機(jī)器人提供了幫助。

近日，埃因霍溫理工大學(xué)和美因茨大學(xué)馬克斯普朗克聚合物研究所的科研人員已經(jīng)證明，上述設(shè)想可以實(shí)現(xiàn)。

他們?cè)O(shè)計(jì)的人工智能機(jī)器人，可以像人腦一樣考慮問(wèn)題和執(zhí)行指令，并且能夠順利穿過(guò)由多個(gè)黑色蜂窩狀六邊形構(gòu)建的迷宮。

2021年12月10日，相關(guān)論文以《機(jī)器人學(xué)中用于感覺(jué)運(yùn)動(dòng)整合與學(xué)習(xí)的有機(jī)神經(jīng)形態(tài)電子技術(shù)》為題發(fā)表，埃因霍溫理工大學(xué)機(jī)械系工程系博士研究伊姆克·克勞豪森為第一作者。

該團(tuán)隊(duì)研究的人工智能機(jī)器人有兩個(gè)輪子和數(shù)個(gè)反射、觸摸傳感器構(gòu)成，它在迷宮中每次正確的轉(zhuǎn)彎都會(huì)受到一次電刺激，這與老鼠在迷宮中的行走的邏輯類似。只不過(guò)老鼠通過(guò)大腦中的突觸來(lái)調(diào)整，該項(xiàng)技術(shù)的突破為神經(jīng)形態(tài)設(shè)備在臨床診斷領(lǐng)域的新應(yīng)用鋪平了道路。

機(jī)器人走16步可順利穿越六邊形組成的蜂窩狀迷宮

機(jī)器人能否順利走出迷宮與細(xì)胞培養(yǎng)基中的神經(jīng)元有關(guān)，它是信息流與突觸進(jìn)行交流的“橋梁”。當(dāng)信息流通過(guò)神經(jīng)元時(shí)，突觸就會(huì)加強(qiáng)，這種可塑性具有學(xué)習(xí)和記憶功能，可以作為計(jì)算機(jī)構(gòu)建相干信號(hào)的物理存儲(chǔ)庫(kù)。

通常情況下，細(xì)胞培養(yǎng)基中的神經(jīng)元充當(dāng)機(jī)器人在迷宮中行走的基線，當(dāng)機(jī)器人走到死胡同或者偏離行者路線與迷宮出口時(shí)，視覺(jué)指示器就會(huì)給它傳達(dá)一個(gè)“ 返回” 或“向左轉(zhuǎn)”的信號(hào)，由于電脈沖對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)物中神經(jīng)元的干擾，機(jī)器人會(huì)不停試錯(cuò)，直到跑出迷宮。

實(shí)驗(yàn)表明，該機(jī)器人在六邊形所組成的迷宮中行走了16步就能順利跑出去。值得關(guān)注的是， 一旦它學(xué)會(huì)從一種特定的路線行走，就可以從其他任何一條路線走出迷宮，機(jī)器人的這種特性具有可復(fù)制性和可延展性，可以拓展到更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

據(jù)伊姆克·克勞豪森表示，“機(jī)器人學(xué)習(xí)和走出迷宮的出色的表現(xiàn)與傳感器、電機(jī)的獨(dú)特集成有關(guān)。”

智能聚合物也是機(jī)器人順利走出迷宮的關(guān)鍵

神經(jīng)元計(jì)算可以在神經(jīng)形態(tài)電路的數(shù)域中直接模擬，從而在虛擬世界之間提供實(shí)時(shí)通信。通過(guò)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)器人平臺(tái)的數(shù)字單元來(lái)訪問(wèn)，但這些神經(jīng)形態(tài)電路的規(guī)模通常較大，并且只能在定制的機(jī)器人系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。

由于新興材料和器件具有直接模擬生物啟發(fā)及相關(guān)功能，如突觸可塑性、神經(jīng)元功能、穩(wěn)態(tài)和自愈能力，而無(wú)需復(fù)雜的電路。所以，它可以解鎖傳統(tǒng)電子產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)的電路功能。

此外，物理體在機(jī)器人技術(shù)中至關(guān)重要，例如，使用慣性進(jìn)行節(jié)能和形態(tài)適應(yīng)，在非結(jié)構(gòu)化或復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。直到近日，基于金屬氧化物神經(jīng)形態(tài)器件小規(guī)電路才被用于機(jī)器人系統(tǒng)的局部計(jì)算和控制。

目前，用于神經(jīng)形態(tài)電子學(xué)的有機(jī)電子材料具有出色的可調(diào)性、高穩(wěn)定性，柔軟的有機(jī)材料可以溶液加工，或者以相對(duì)較低的熱預(yù)算印刷，并且可以大面積集成。

該研究的另一個(gè)亮點(diǎn)在于用了神經(jīng)形態(tài)機(jī)器人的有機(jī)材料，這種聚合物除了性能穩(wěn)定，還可以調(diào)諧迷宮中大部分特定狀態(tài)。如果利用好這種功能，就能像大腦中的神經(jīng)元和突觸一樣，記住某些動(dòng)作或事件。

與無(wú)機(jī)材料相比， 這種聚合物具有更大地調(diào)整范圍，并且能夠“記住”或長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)學(xué)習(xí)狀態(tài)。聚合物材料還可用于許多生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

基于有機(jī)材料的特性，實(shí)際神經(jīng)細(xì)胞理論上可以和智能電子設(shè)備集成，伊姆克·克勞豪森表示：“如果你的手臂在事故中喪失，這些人工智能設(shè)備可以用仿生手和你的身體聯(lián)系起來(lái)。”有機(jī)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算還可以利用小型邊緣計(jì)算設(shè)備對(duì)云外部傳感器數(shù)據(jù)在本次處理。

有人向該研究團(tuán)隊(duì)提問(wèn)，“在將來(lái)的某一天，神經(jīng)形態(tài)機(jī)器人能像足球機(jī)器人那樣參加足球比賽嗎？”

伊姆克·克勞豪森說(shuō)：“理論上是可以實(shí)現(xiàn)的，但是還需要很長(zhǎng)的時(shí)間。”

目前，該團(tuán)隊(duì)所研究的機(jī)器人仍然需要靠傳統(tǒng)軟件控制，才能進(jìn)行四處行走。為了讓神經(jīng)形態(tài)機(jī)器人順利執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，該團(tuán)隊(duì)下一步將搭建一個(gè)神經(jīng)形態(tài)網(wǎng)絡(luò)，讓多個(gè)設(shè)備在網(wǎng)格中協(xié)同工作。