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Robot con cervello di topo
Il nuovissimo robot di Steve Potter probabilmente non sarebbe mai arrivato al secondo round di Battlebots . Grande quanto una tazza da caffè, il robot cilindrico scivola su un box rotondo grande un metro su un percorso apparentemente caotico. Ma questo robot è un pensatore, non un combattente, e pensa con una rete di neuroni, prelevati da embrioni di ratto, che risiede a pochi metri di distanza su un chip di silicio attivato da elettrodi.
Il dispositivo, che Potter chiama hybrot, è essenzialmente un robot controllato da topi e segna il primo caso in cui i neuroni coltivati sono stati usati per controllare un meccanismo robotico. E mentre i movimenti dell'hybrot possono sembrare poco aggraziati, la conoscenza acquisita potrebbe portare a chip per computer modellati su sistemi biologici e forse anche a computer che incorporano componenti biologici. Tali computer potrebbero un giorno imparare, ripararsi ed eseguire determinati compiti, come la dettatura, in cui i sistemi basati su binari sono infelici. Conto tutta la mia carriera sul fatto che esiste un mondo di proprietà emergenti in queste reti neurali di cui non sappiamo nulla, dice Potter, che è professore di ingegneria biomedica al Georgia Institute of Technology.
Nel suo esperimento, Potter mette una goccia di soluzione contenente migliaia di cellule di neuroni di ratto su un chip di silicio che è incorporato con 60 elettrodi collegati a un amplificatore. I segnali elettrici che le celle si scambiano vengono captati dagli elettrodi che poi inviano il segnale amplificato a un computer. Il computer, a sua volta, trasmette i dati in modalità wireless al robot.
Il robot quindi manifesta questa attività neuronale con il movimento fisico, ciascuno dei suoi movimenti è il risultato diretto dei neuroni che parlano con i neuroni. E il robot invia anche informazioni alle cellule. Dotato di sensori di luce, il robot riceve informazioni sulla sua posizione nel box dai segnali a infrarossi lungo i bordi.
Questi dati di prossimità vengono rispediti attraverso il computer e nelle cellule sotto forma di impulsi elettrici. Da un lato, registriamo l'attività delle cellule e le usiamo per controllare i motori nel robot, e dall'altro, prendiamo input sensoriali dal robot e li traduciamo in stimoli per le cellule nel piatto, dice Potter. L'intero ciclo di feedback richiede meno di un decimo di secondo. Fondamentalmente, abbiamo preso queste cellule in un piatto e abbiamo restituito loro un corpo.
Potter registra i modelli di segnalazione neurale per lunghi periodi di tempo con una telecamera ad alta velocità. Sta cercando prove che le cellule stiano imparando dal feedback e ha osservato che alcuni stimoli in effetti causano cambiamenti nelle cellule cerebrali che durano per diversi giorni. Il cervello si sta decisamente sviluppando, dice.
Secondo Rolf Pfeifer, professore di informatica all'Università di Zurigo, in Svizzera, questo lavoro può avere implicazioni per la costruzione di sistemi informatici autoriparanti. Il substrato neurale ha questa capacità di autoriparazione e un'enorme plasticità che manca ancora nei sistemi tecnologici standard, afferma Pfeifer. Quindi posso immaginare che quando hai applicazioni per computer in cui alcuni aspetti richiedono davvero un comportamento adattivo, potresti essere in grado di combinare substrati biologici con tecnologia standard.
Attualmente, Steven DeWeerth, professore di ingegneria elettrica alla Georgia Tech, sta usando le scoperte di Potter per costruire circuiti reali in silicio, sebbene questo lavoro sia ancora preliminare. Potter può vedere che le conoscenze acquisite da questa ricerca portano anche a scoperte in chip-chip senza clock o asincroni che non funzionano secondo il ritmo metronomico di un orologio interno.
Per ora, Potter sta ancora studiando la relazione simbiotica tra le sue cellule coltivate e l'hybrot. Potrebbe non passare molto tempo prima che queste reti viventi inizino a portare a idee che i progettisti di computer non saranno in grado di ignorare.