神经机器人专题知识讲座

神经机器人专题知识讲座神经机器人专题知识讲座第1页汇报关键点1.研究背景2.当前主要研究内容3.我国外主要研究团体介绍4.拟展开研究内容神经机器人专题知识讲座第2页1.研究背景作为神经科学与机器人交叉点，神经机器人技术是一门详细自主神经系统科学与技术。神经机器人专题知识讲座第3页1.研究背景神经机器人技术神经系统研究包含以下内容：自主心智发育算法（如：连接主义网络、人工强化神经网络）生物神经网络计算模型（如：神经网络微电路大规模仿真）真实生物系统（如：体内和体外神经网络）神经机器人专题知识讲座第4页1.研究背景这么神经系统能在考虑力学、气压、电磁或者任何其它物理形式机械设备中或者虚拟驱动装置中得到实际应用。这包含机器人、假肢、穿戴式系统、虚拟现实环境，也包含小规模微机械装置和大规模装置（furniture）和基础设施（infrastructures）。神经机器人专题知识讲座第5页1.研究背景神经机器人技术是不一样研究方向汇合点，这些研究方向从20世纪80年代和90年代就已经从原有学科中分离出来。形成了以下研究方向。人工神经网络和计算神经科学模型：这些模型描述是神经系统但没有得到详细应用用于实践发育机器人系统：得到了详细应用，机器人富有自主性，但不是类脑机器人杂种生物人工系统：作为详细神经系统，不过几乎没有自主性神经机器人专题知识讲座第6页1.研究背景近一些年来，上述这几个方向研究都取得了很大进展。大多数高级计算机现在均能仿真大型且逼真神经网络。同时，在这种外成机器人上进行了一些有前景试验，其试验内容从神经系统对孤立任务使用传统方式学习转移到神经系统开放成长轨迹上。早期在杂种系统上研究都关注对共生生物—人工系统研究，而该系统在更早以前仅仅在科幻小说中出现过。神经机器人专题知识讲座第7页1.研究背景神经机器人最大挑战是建立一个有事实依据详细试验科学。单独地讲，神经系统倾向于表现出切实通用、可塑和功效齐全特点。然而，一旦神经系统用于实践且与所给内部或者外部环境形成某种联络，那么他们会得到详细化且能适应这种环境。神经机器人技术经过用试验变量表示神经系统和详细环境这一新方法来了解神经系统与环境相互作用过程。神经机器人专题知识讲座第8页1.研究背景上世纪50年代以来，机器人基础上被看成固定躯体，在躯体上能植入不一样程序，就像一台计算机软件与硬件一样。二元论已使两类人（建立智能程序人工智能研究者、构建精细身体机器人教授）之间产生了一个走向极端分歧。神经机器人专题知识讲座第9页1.研究背景在上世纪80年代，少数研究人员尽力从当初出现技术死胡同解脱出来，以详细化人工智能或者新人工智能名义提出了智能重新组合观点。他们认为躯体和控制系统从本质上来讲是不分家，好比同一硬币两面。神经机器人专题知识讲座第10页1.研究背景恢复对完整智能体设计确实使大家取得了一些成就，这些成就能比较显著地表达在运动、感觉运动学习和在未知复杂环境中导航方面。然而，即使这种整体性方法证实它对复杂适应性行为设计是有效，他们也不足以能对机器人学习进步过程进行透彻说明。神经机器人专题知识讲座第11页1.研究背景比如，在小孩几个月大时，他们学会爬、站立、行走、跳跃、蹦跳、奔跑等等。当他们以连续递增方式学会这些新技能后，他们在感觉运动空间上改变使自己去尝试探索新领域。人这种能力在使用工具或者获取交流技能方面会表达更显著。神经机器人专题知识讲座第12页1.研究背景据此，发育和外成机器人技术领域很多研究者提出了一系列模型，在这些模型中智能体首先基础上是一个中心组合体，另首先包含一套使其发育稳定过程以及一套实时改变可变体包膜（variablebodyenvelopes）。这种新观点推翻了传统固定身体观点。传统观点认为：在体内不一样软件能够被用来构建一个固定身体软件，这个固定软件能用在不一样智能体上，可能也能随时发生改变。神经机器人专题知识讲座第13页1.研究背景神经机器人技术试验促进了咱们对以下问题了解：神经元学习动力；作为物理化身机器人与环境原因交互怎样影响机器人系统在特殊方式下成长轨迹；同时，在一些情况下造成机器人对技能开放式习得，但在其它情况下又表现出异常成长轨迹。神经机器人专题知识讲座第14页1.研究背景另外，神经机器人技术有望为一个新品种自我发育装置提供技术支持，该机器人也能以连续以及开放性方式获取新特有技能。对自我发育装置设计方式了解以及这些装置对咱们日常活动影响是今后几年研究重点。神经机器人专题知识讲座第15页2.当前主要研究内容2.1神经网络系统研究2.2硬件设计与开发2.3数据获取与处理2.4综合研究神经机器人专题知识讲座第16页2.1神经网络系统研究自主心智发育。如连接主义网络、人工强化神经网络算法。生物神经网络计算模型。如神经网络微电路数学建模与大规模仿真。神经机器人专题知识讲座第17页2.1神经网络系统研究真实生物系统研究。如：体内和体外神经网络。研究内容包含以下几个方面。神经元学习和记忆神经生物学神经网络视觉功效和运动功效组合记忆障碍与扰乱正常记忆系统方法重新结构心智能力逐步丧失状态方法对神经组织怎样退化或者处理这种退化研究神经元学习和记忆经验方法神经机器人专题知识讲座第18页2.2硬件设计与开发多电极阵列技术，如神经元集成涂层方法等神经元与机器人之间通信声纳设备设计与开发荧光成像技术神经活动高速成像技术机器人硬件设备开发多电级阵列培养生命保障系统（软件与硬件设备）神经机器人专题知识讲座第19页2.3数据获取与处理实时神经信号获取与处理（时延与光学统计）实时机器人视觉信息获取与处理、相关统计和处理软件开发神经机器人专题知识讲座第20页3.我国外主要研究团体介绍3.1英国雷丁大学DrBenWhalley博士和KevinWarwick教授团体3.2美国乔治亚州理工学院神经工程试验室Potter研究组神经机器人专题知识讲座第21页3.1英国雷丁大学DrBenWhalley博士和KevinWarwick教授团体该团体于8月开出了一款由人工培养神经元组成生物大脑控制机器人。这个世界领先研究是检验记忆怎样出现在大脑中，以及大脑怎样储存一些信息第一步。神经机器人专题知识讲座第22页3.1英国雷丁大学DrBenWhalley博士和KevinWarwick教授团体研究最终目标是更加好地了解脑部开发，并了解影响脑部疾病和使脑部混乱原因，如阿尔茨海默氏疾病、帕金森氏症、中风和脑损伤。神经机器人专题知识讲座第23页3.1英国雷丁大学DrBenWhalley博士和KevinWarwick教授团体这个机器人生物大脑由人工培养神经元组成，这些神经元被放置在一个多电极阵列（MEA）中。MEA是一个大约有60个电极碟形天线，能够接收细胞发出电流信号。然后，这些信号被用来控制机器人动作。每当机器人靠近一个物体时候，信号就会经过电极来刺激大脑。神经机器人专题知识讲座第24页3.1英国雷丁大学DrBenWhalley博士和KevinWarwick教授团体为了回应刺激，大脑输出信号来控制机器人双腿左右行动，从而防止撞到物体。而不需要人工或计算机再对机器人施加任何控制，唯一能够控制它就是它自己“大脑”。神经机器人专题知识讲座第25页3.1英国雷丁大学DrBenWhalley博士和KevinWarwick教授团体研究人员现在正努力让机器人适应不一样信号，学习怎样运动到预定位置。希望在这一学习过程中，能够见证当机器人再次进入一个熟悉区域时，记忆怎样出现在大脑中。神经机器人专题知识讲座第26页KevinWarwick评价这项新研究是非常振奋人心，因为首先，生物大脑能够控制机器人身体移动，其次，能够让咱们研究大脑怎样学习并记忆下经验。这个研究将推进咱们对大脑怎样工作了解，而且能对科学和医学众多领域产生深远影响。神经机器人专题知识讲座第27页BenWhalley博士评价当前科学家们面临基础问题之一，就是怎样把单个神经元活动与咱们在整个有机体中看到复杂行为联络在一起。这个项目为咱们提供了一个独特机会，能够了解到能够显示复杂行为，不过，依然与单个神经元活动有亲密关系一些东西。希望咱们能够利用这些发觉来从某种程度上回答这些最基础问题中一个别。神经机器人专题知识讲座第28页3.2美国乔治亚州理工学院神经工程试验室Potter研究组神经机器人专题知识讲座第29页研究基础情况Potter研究组主要研究体外学习和记忆新神经科学技术。他们在多电极阵列中培养液里促进哺乳动物脑细胞成长，方便在培养神经元网络和计算机之间形成一个长久双向接口。这种培养神经元网络能作为仿真动物机器人或者机器人“大脑”。神经机器人专题知识讲座第30页研究基础情况这种机器人简称杂交机器人，即生命体和机器部件组成杂交生物体。经过重组培养液中神经元网络来允许他们去表示某种行为，也有望经过与他们所处环境交互来进行学习。神经机器人专题知识讲座第31页研究基础