Het aantal onderzoeken dat tegenwoordig in de wereld wordt uitgevoerd en dat de gebeurtenissen van de veelgeprezen film "Avatar" van James Cameron kan veranderen, groeit elke dag en levert tastbare resultaten op. Dergelijke studies gaan vergezeld van concrete resultaten; niet alleen dromers en sciencefictionschrijvers spreken erover, maar ook vooraanstaande wetenschappers en leiders, waaronder Russische. Zo vertelde Dmitry Rogozin niet zo lang geleden in een van zijn interviews aan verslaggevers dat er onder de projecten die worden uitgevoerd door de Russian Foundation for Advanced Study ook werk is om een avatar te maken.
Tegenwoordig wordt een avatar opgevat als een set componenten - een soort symbiose van een machine (uitvoerend mechanisme) en een menselijk brein, dat is gebouwd op basis van een neuro-interface. Als dergelijke technologieën volledig worden geïmplementeerd, kan een persoon met behulp van zijn gedachten zowel een afzonderlijke actuator als de hele machine op afstand besturen. Avatar is een soort volwaardige "ik" op afstand. Alles wat er rondom de robot-avatar gebeurt, moet volledig worden doorgegeven aan de operator met zo'n vertrouwen dat hij zich op dezelfde plek voelt als de actuator zelf. Dit is veel moeilijker te implementeren dan de gebruikelijke besturing van een robot op afstand, die beschikbaar is sinds de dagen van Sovjet-maanrovers.
De wetenschappelijke en technische prestaties die in de afgelopen halve eeuw zijn verzameld, maken het in totaal nu al mogelijk om 60-70% van de functies van het menselijk lichaam te vervangen. Op dit moment blijft het alleen om te analyseren wat ons precies de mogelijkheid zal geven om weg te komen van fantasieën en verder te gaan met het echte ontwerp van een avatar, omdat er echt een vereiste is. De prestatie van de hele mensheid is de ontwikkeling van een groot aantal van een grote verscheidenheid aan robots, die tegenwoordig niet alleen het vermogen verwerven om geprogrammeerde taken op te lossen, maar ook om zelfstandig beslissingen te nemen, de situatie te beoordelen. De cognitieve vermogens van moderne robotsystemen komen steeds dichter bij de menselijke mogelijkheden.
Moderne grote bedrijven hebben ook de vooruitzichten van dit soort werk gevoeld. Google heeft bijvoorbeeld in 2013 alleen al in slechts zes maanden 8 roboticabedrijven over de hele wereld overgenomen. Onder de aankopen van de internetgigant bevindt zich het bekende bedrijf Boston Dynamics, evenals de Japanse Shaft. Daarnaast heeft Google interesse in bio-engineering en richtte Google in 2013 de California Life Company op, een biotechbedrijf Calico.
De eerste zwaluwen
Neurofysici hebben een belangrijke stap gezet om de avatar dichter bij de realiteit te brengen. Ze slaagden erin apen te leren twee virtuele handen te gebruiken en ze alleen met behulp van gedachten te besturen. Dit is een belangrijke stap in de ontwikkeling van de brain-computer interface. Tot nu toe besturen apen virtuele handen op een computerscherm, je kunt met hun hulp geen echte traktatie nemen. Door deze virtuele handen echter met behulp van de hersenen te besturen en problemen met hun hulp op het beeldscherm op te lossen, krijgen de apen een beloning. Virtuele handen zijn de aap-avatar.
Deze experimenten worden vandaag uitgevoerd in het laboratorium van neurofysioloog Miguel Nicolelis van het Duke University Medical Center. Het experiment omvat twee apen - een mannetje en een vrouwtje. Wetenschappers hebben een recordaantal micro-elektroden geïmplanteerd in de hersenen van elk van hen, die zich bezighouden met het registreren van de elektrische activiteit van hersenneuronen. 768 elektroden werden geïmplanteerd in de hersenen van de vrouw, 384 van de man. Tot voor kort kon dit door geen enkele neurofysioloog ter wereld worden gedaan.
De micro-elektroden bevinden zich op speciale platen die zich in verschillende delen van de hersenschors van de aap bevinden. Elk van deze micro-elektroden registreert elektrische impulsen van omringende neuronen. Als gevolg hiervan slagen wetenschappers erin om de activiteit van meer dan 500 neuronen in elke aap te registreren. Tegelijkertijd kregen de apen een avatar te zien die objecten van verschillende vormen kon manipuleren. Toen begonnen ze te leren hoe ze het moesten bedienen met een joystick.
Op het moment van deze controle registreerden wetenschappers de activiteit van neuronen in hun hersenen en bouwden ze een model op basis van de verkregen gegevens, dat het mogelijk maakte om de activiteit van bepaalde neuronen te associëren met bepaalde handbewegingen. Tegelijkertijd werden tot voor kort al dergelijke experimenten met slechts één hand uitgevoerd. De overgang naar tweehandige besturing met behulp van hersenactiviteit is een fundamentele stap voorwaarts in de ontwikkeling.
Het ontwikkelde model werd de basis voor de creatie van een "brain-computer"-interface, die het mogelijk maakt om met slechts één gedachte over te schakelen naar het besturen van virtuele hands-avatars. Dit betekent dat de wens van de aap om zijn hand naar links of naar rechts te bewegen gepaard ging met de activiteit van sleutelneuronen in de hersenen, terwijl de ontwikkelde interface bezig was met de transformatie van deze activiteit in de gewenste beweging van de virtuele hand. Om de activiteit van neuronen te decoderen, gebruikten specialisten een algoritme dat ze al hadden gemaakt in het kader van eerdere onderzoeken, die met één hand werden uitgevoerd.
Op het moment dat de joystick van de apen werd weggenomen, leerden ze met behulp van aanhoudende training met behulp van hun gedachten om de virtuele handen op het scherm naar speciale doelen te sturen en ze enige tijd op de doelen te houden. Als doelwit werden verschillende geometrische vormen gebruikt. Als de apen de taak aankonden, kregen ze hiervoor een traktatie. Wetenschappers hebben makaken op verschillende manieren getraind. In het begin waren de handen van de apen vrij en konden ze die als het ware gebruiken om zichzelf te helpen, met dezelfde bewegingen als de virtuele hand. In de tweede fase waren de handen van de apen echter stevig aan de stoel bevestigd, zodat alleen hun hersenen de virtuele realiteit konden besturen.
Een andere interessante ontwikkeling is de kunstmatige supersterke elastische spier, die wordt gecreëerd door een team van de National University of Singapore (NSU). Volgens de belangrijkste ontwikkelaar van deze technologie, Adriana Koch, is het belangrijkste doel om spierweefsel te creëren dat natuurlijke monsters overtreft. Volgens haar bootsen de materialen waaruit hun kunstmatige spier is gemaakt de activiteit van echte menselijke weefsels na en kunnen ze onmiddellijk reageren op een binnenkomende elektrische impuls. Van deze spier wordt gezegd dat hij 80 keer zijn eigen gewicht kan tillen. In de nabije toekomst, over 3-5 jaar, verwachten experts deze spier te combineren met een robotarm, die qua uiterlijk bijna niet te onderscheiden is van een echte menselijke arm, maar tegelijkertijd 10 keer sterker dan hij.
Deze technologie heeft ook andere voordelen. Contracties en bewegingen van kunstmatige spieren kunnen een "bijproduct" van energie genereren dat kan worden omgezet van mechanische naar elektrische energie. Vanwege de natuurlijke eigenschappen van de materialen die in de kunstmatige spier worden gebruikt, kan deze een vrij grote hoeveelheid energie vasthouden. Hierdoor kan een robot die dergelijke spieren ontvangt energetisch autonoom en onafhankelijk worden. Het opladen duurt niet langer dan een minuut.
Technologieën voor het maken van kunstmatige ogen worden ook op grote schaal ontwikkeld. Wetenschappers werken aan het maken van verschillende netvliesprothesen. Er is nog meer vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van gehoorprothesen. Sinds enkele jaren installeren patiënten in de Verenigde Staten een systeem van een microcomputer, een microfoon en elektroden die zijn verbonden met de gehoorzenuwen. Meer dan 200.000 patiënten hebben al een dergelijk systeem geïnstalleerd, wat suggereert dat dit niet langer geïsoleerde experimenten van wetenschappers zijn, maar de dagelijkse klinische praktijk.
De kroon op de schepping van moderne wetenschappers, die de bewering demonstreerde dat we 60-70% van de functies van het menselijk lichaam kunnen vervangen door kunstmatige implantaten, was 's werelds eerste biorobot "Rex". In zo'n bionische persoon zijn alle gevestigde organen - van de ogen tot het hart - kunstmatig. Ze zijn allemaal van degenen die al op echte patiënten worden geïnstalleerd of een reeks tests ondergaan. Dankzij de bestaande set prothesen, "Rex" hoort, ziet, kan lopen en functioneren, kan hij zelfs een eenvoudig gesprek voeren, omdat hij is uitgerust met eenvoudige kunstmatige intelligentie.
Tegelijkertijd heeft een bionisch persoon niet genoeg van zijn maag, longen en blaas. Al deze kunstmatige organen zijn echter nog niet uitgevonden en de ontwikkeling van een kunstmatig brein is nog ver weg. Tegelijkertijd zijn de ontwikkelaars van Rex van mening dat in de nabije toekomst elk implantaat beschikbaar zal zijn voor mensen. Ook geloven wetenschappers dat op een dag gezonde mensen ze zullen gebruiken, die de interne organen zullen vervangen als ze verslijten, en dit is al een directe weg naar onsterfelijkheid.
Problemen van de Avatar-technologie
In 2013 werd in New York regelmatig een internationale conferentie gehouden met de titel "Global Future". Op deze conferentie worden traditiegetrouw de resultaten van de technische basis voor het grootschalige project "Avatar" samengevat. Het hoofd van dit project, de Russische ondernemer Dmitry Itskov, houdt zich bezig met het aantrekken van investeerders over de hele wereld. Volgens Itskov kan in de nabije toekomst een kunstmatig lichaam worden gecreëerd dat, in termen van een aantal van zijn functionele eigenschappen, niet zal verschillen van het origineel, en met de tijd zelfs in staat zal zijn het te overtreffen. Bovendien wordt er gewerkt aan een technologie om iemands persoonlijkheid over te brengen in dit kunstmatige lichaam, dat een onbeperkte levensduur kan bieden en mensen onsterfelijkheid kan geven. Zelfs de datum van implementatie van de eerste fase van dit programma werd genoemd - 2045.
Nu al wordt het Avatar-project vergeleken met de grootste prestaties in de geschiedenis van de menselijke beschaving. Zoals bijvoorbeeld een project om een atoombom te maken, een ruimtevlucht, een landing op de maan. Op dit moment zijn er praktisch twee elementen van dit programma beschikbaar: de uitvoerende mechanismen en het menselijk brein. Het belangrijkste obstakel voor het creëren van een volwaardige, functionerende biomechanische symbiose tussen hen is de neuro-interface - dat wil zeggen, het systeem van directe en feedback.
Bij het ontwikkelen van zo'n verbinding rijzen er een groot aantal vragen. Hier is er slechts één van: naar welke van de miljard cellen in de motorische cortex van het menselijk brein kun je het beste elektroden brengen om bijvoorbeeld een beenprothese aan te sturen? Hoe de benodigde cellen te vinden, te beschermen tegen verschillende interferentie, de vereiste nauwkeurigheid te garanderen, de volgorde van zenuwimpulsen van de hersencellen te vertalen in nauwkeurige en begrijpelijke opdrachten voor het kunstmatige mechanisme?
Na deze algemene implementatievragen komen er ook een groot aantal privévragen naar voren. Zo raken elektroden die in het menselijk brein worden ingebracht snel overgroeid met een laag gliacellen. Deze cellen zijn een soort bescherming voor onze neuro-omgeving, waardoor het moeilijk is om te communiceren met de geïmplanteerde elektroden. Gliacellen proberen alles te blokkeren wat ze waarnemen of waarnemen als een vreemd lichaam. Momenteel is de ontwikkeling van antifouling en tegelijkertijd onschadelijke micro-elektroden nog steeds een serieus probleem zonder definitieve oplossing. Experimenten in deze richting zijn aan de gang. Wij bieden elektroden van nanobuisjes aan, elektroden met een speciale coating, het is mogelijk om elektrische impulsen te vervangen door lichtsignalen (getest op dieren), maar het is nog te vroeg om een complete oplossing voor het probleem aan te kondigen.
