211service.com
Rått-brained robot
Steve Potters helt nya robot skulle förmodligen aldrig ta sig till den andra omgången Battlebots . Storleken på en kaffemugg glider den cylindriska roboten över en rund meterstor lekhage på en till synes kaotisk väg. Men den här roboten är en tänkare, inte en kämpe, och den gör sitt tänkande med ett nätverk av neuroner som tas ut från råttembryon - som finns några meter bort på ett elektrodaktiverat kiselchip.
Enheten, som Potter kallar en hybrot, är i huvudsak en råttkontrollerad robot, och markerar den första instansen där odlade neuroner har använts för att styra en robotmekanism. Och även om hybrotts rörelser kan verka mindre än graciösa, kan den kunskap som erhållits leda till datorchips som modelleras på biologiska system - och kanske till och med till datorer som innehåller biologiska komponenter. Sådana datorer kan en dag lära sig, reparera sig själva och utföra vissa uppgifter - som diktering - där binärbaserade system är olyckliga. Jag satsar hela min karriär på att det finns en värld av framväxande egenskaper i dessa neurala nätverk som vi inte vet något om, säger Potter, som är professor i biomedicinsk teknik vid Georgia Institute of Technology.
I sitt experiment placerar Potter en droppe lösning innehållande tusentals råttneuronceller på ett kiselchip som är inbäddat med 60 elektroder anslutna till en förstärkare. De elektriska signalerna som cellerna skjuter mot varandra fångas upp av elektroderna som sedan skickar den förstärkta signalen till en dator. Datorn vidarebefordrar i sin tur data trådlöst till roboten.
Roboten manifesterar sedan denna neuronala aktivitet med fysisk rörelse, var och en av dess rörelser är ett direkt resultat av neuroner som pratar med neuroner. Och roboten skickar också information tillbaka till cellerna. Utrustad med ljussensorer får roboten information om sin placering i lekhagen från infraröda signaler som kantar gränserna.
Dessa närhetsdata skickas tillbaka genom datorn och in i cellerna som elektriska pulser. Å ena sidan registrerar vi aktivitet från cellerna och använder dem för att styra motorerna i roboten, och å andra sidan tar vi sensoriska input från roboten och översätter det till stimuli för cellerna i skålen, säger Potter. Hela denna återkopplingsslinga tar mindre än en tiondels sekund. I grund och botten har vi tagit dessa celler i en skål och gett dem tillbaka en kropp.
Potter registrerar mönstren för neurala signaler under långa tidsperioder med en höghastighetskamera. Han letar efter bevis för att cellerna lär sig av feedbacken, och han har observerat att vissa stimuli faktiskt orsakar förändringar i hjärncellerna som varar i flera dagar. Hjärnan utvecklas definitivt, säger han.
Enligt Rolf Pfeifer, professor i datavetenskap vid universitetet i Zürich, Schweiz, kan detta arbete få konsekvenser för att konstruera självläkande datorsystem. Det neurala substratet har denna förmåga för självreparation och enorm plasticitet som fortfarande saknas i standardtekniska system, säger Pfeifer. Så jag kan tänka mig att när du har datorapplikationer där vissa aspekter verkligen kräver adaptivt beteende, så kanske du kan kombinera biologiska substrat med standardteknik.
För närvarande använder Steven DeWeerth, professor i elektroteknik vid Georgia Tech, Potters resultat för att bygga faktiska kretsar i kisel, även om detta arbete fortfarande är preliminärt. Potter kan se kunskapen från denna forskning som också leder till genombrott i klockfria eller asynkrona chips-chips som inte fungerar enligt den metronomiska rytmen hos en intern klocka.
För nu studerar Potter fortfarande det symbiotiska förhållandet mellan hans odlade celler och hybrotten. Det kan inte dröja länge innan dessa levande nätverk börjar leda till idéer som datordesigners inte kommer att kunna ignorera.