神经机器人专题知识讲座.pptx

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,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,（variable body envelopes）,。,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,Dr Ben Whalley,博士和,Kevin Warwick,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,Dr Ben Whalley,博士和,Kevin Warwick,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,Dr Ben Whalley,博士和,Kevin Warwick,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,Dr Ben Whalley,博士和,Kevin Warwick,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,Dr Ben Whalley,博士和,Kevin Warwick,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,Dr Ben Whalley,博士和,Kevin Warwick,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,Kevin Warwick,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,Ben Whalley,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,研究基础情况,该研究组结合光学显微镜使用统计和刺激方法来研究分布式神经网络动力学和神经可塑性。他们使用双光子荧光延时成像和电压敏感光学膜层探针上神经活动高速成像来,对功效和形态动力学进行结合,与分析,。,神经机器人专题知识讲座,第32页,研究目标,在生物体外统计神经信号和在体内刺激神经组织技术,；,开发伴有神经附着剂和神经营养特征神经元集成涂层,；,在多电极阵列上进行长久神经元培养来研究他们可塑性和学习,神经机器人专题知识讲座,第33页,