机器人神经科学

机器人的妆容通常与人相似。对于要模仿人类动作和行为的机器人来说，这是正确的，神经科学对工业机器的重要性不高。在机器人设计中使用的最明显的手段是使其看起来很人性化。即使从工程学的观点来看，机器人通常也有两条手臂，两条腿和一个脑袋。当机器人与人互动时，这一点尤其重要：看起来像我们的机器更容易得到信任。可以确保不仅机器人的外观而且机器人的“大脑”都类似于人类。在开发感知，信息处理和控制机制时，工程师会受到人类神经系统结构的启发。

例如，机器人的眼睛，可以沿不同轴移动的电视摄像机来模仿人类的视觉系统。基于对人类视觉的结构以及视觉信号的处理方式的了解，工程师根据相同的原理设计了机器人的传感器。以此方式，机器人可以被赋予人类例如从三个维度看世界的能力。

人类具有前庭眼反射：当我们移动时，眼睛会利用前庭信息施加稳定作用，从而使我们能够保持所看到图像的稳定性。机器人的身体上也可能有加速度和方向传感器。这些帮助机器人考虑到身体运动，以稳定外界的视觉感知并提高敏捷性。另外，机器人可以像人一样体验触摸感：机器人可以有皮肤，可以被触摸。然后，它不仅会在空间中随机移动：如果它碰到障碍物，它就会像人类一样感知并做出反应。它还可以使用这种人工触觉信息来抓取物体。

机器人甚至可以模拟疼痛感：某些形式的身体接触会感觉正常，而某些会引起疼痛，从而极大地改变了机器人的行为。它开始避免疼痛并发展新的行为方式，即可以学习，就像是一个第一次被热的东西灼伤的孩子一样。

不仅可以设计感官系统，还可以设计类似于人体的机器人身体控件。人类步行受到所谓的中央节律发生器的控制，中央节律发生器是专门用来控制自主运动活动的神经细胞。在有些机器人中，相同的想法用于控制步行。

此外，机器人可以向人类学习。机器人可以以多种方式执行动作，但是如果要模仿人类，它必须观察人类并尝试重复其动作。当犯错时，它会将自己与人类执行相同动作的方式进行比较。

神经科学机器人

神经科学如何使用机器人？当我们建立生物系统的模型时，我们开始更好地理解其工作原理。因此，开发人类神经系统运动控制的机械和计算机模型使我们更加了解神经功能和生物力学。

在现代神经科学中使用机器人的最有希望的领域是设计神经接口：使用大脑信号控制外部设备的系统。神经接口对于神经假体（例如，失去肢体的人的人造手臂）和外骨骼的发育是必不可少的。

机器人可以通过双向接口与神经系统进行交互：神经系统可以向机器人发送命令信号，并且机器人从其传感器可以将感官信息返回给人类，从而通过刺激神经，神经末梢来产生真实的感觉。皮肤或感觉皮层本身。如果肢体丢失，这种反馈机制可以恢复肢体的感觉。它们对于机器人肢体的更精确运动也是必需的，因为它是基于从手臂和腿部收到的感觉信息来校正我们的运动。

这里出现一个有趣的问题：我们是否应该通过神经接口控制机器人的所有自由度？换句话说，我们应该如何向其发送特定命令？例如，我们可以“命令”机械臂拿起一瓶水，它将执行特定的操作：它将放下其臂，旋转它，然后解开并握紧手指，所有这些都是自己的。这种方法称为组合控制，我们通过神经接口给出简单的命令，而机器人内部的特殊控制器会选择最佳实施策略。或者，我们可以创建一种机制，使它无法理解“接管瓶子”命令：需要向其发送有关具体，详细动作的信息。

最新研究

神经科学家和机器人科学家研究大脑操作和机器人设备的各个方面。例如，在杜克大学，我用猴子的神经接口进行了实验，因为需要将接口直接连接到大脑区域才能使它们准确地工作，而且这种实验性干预措施并非总是可以在人类身上进行。在研究中，一只猴子沿着一条小路行走，通过读取负责腿部运动的运动皮层的活动，并触发了机器人开始行走。同时，猴子在它前面的屏幕上观察了这个步行机器人。猴子使用了反馈，因此它根据屏幕上看到的内容纠正了自己的动作。这就是开发用于实现行走的最有效的神经接口的方式。

控制论的未来

这些研究使我们在未来获得创新发展。例如，创建一个外骨骼来恢复完全瘫痪者的运动似乎不再是无法企及的幻想。缺乏计算机功能可能会阻碍进步，但是过去十年来这里的发展也非常巨大。我们很可能很快就会看到周围的人使用轻便，舒适的外骨骼，而不是轮椅或婴儿车四处走动。人类的电子人将变得司空见惯。

这种系统的商业开发正在全世界范围内进行，包括在俄罗斯。例如，著名的ExoAtlet项目正在开发外骨骼，以帮助运动障碍者康复。HSE生物电接口中心参与了这些机器的算法开发：中心负责人Alexey Ossadtchi教授和他的博士生开发了触发外骨骼步行运动的神经接口。

人形机器人的快速发展也已成为现实。我们可能很快就会看到有机器人在许多方面四处模仿我们：像我们一样运动，像我们一样思考。他们将能够做一些以前仅仅人类可以完成的工作。显然，我们将看到机器人技术和神经科学的发展，并且这些领域将会融合。