Nghiên cứu não bộ: Xu hướng sáng chế robot hiện đại

Robot bắt chước hành vi và suy nghĩ của con người.

Theo các chuyên gia, nghiên cứu về não bộ truyền cảm hứng cho sự phát triển robot và ngược lại, góp phần xúc tiến hai lĩnh vực; đồng thời, tạo tiền đề phát triển Cyborg (sinh vật cơ khí hóa).

Tác động của khoa học thần kinh lên robot

Robot được coi là “bản hóa trang” của con người vì chúng bắt chước hành động, hành vi của con người, những điều có thể nhìn thấy ở bề ngoài giống như lớp trang điểm. Tuy nhiên, chúng không thể bắt chước bên trong, tức thần kinh, của con người.

Từ trước đến nay, robot luôn được sáng chế để giống người, gồm có hai tay, hai chân, một đầu dù nó không phải là yêu cầu bắt buộc về mặt kỹ thuật. Việc mô phỏng này giúp con người dễ dàng tin tưởng, tương tác với robot.

Dần dần, không chỉ ngoại hình mà "bộ não" của robot cũng được xây dựng giống con người. Trong việc phát triển cơ chế nhận thức, xử lý và điều khiển thông tin cho robot, các kỹ sư thường lấy cảm hứng từ cấu trúc hệ thần kinh của con người.

Ví dụ, dựa trên kiến thức về cấu trúc thị giác của con người và cách xử lý tín hiệu, các kỹ sư thiết kế cảm biến mắt của robot theo cơ chế tương tự. Con người có phản xạ tiền đình – mắt, là hệ thống kết nối thần kinh giúp điểm vàng duy trì thu nhận hình ảnh dù tư thế đầu liên tục thay đổi. Robot cũng có khả năng tương tự, giúp ổn định nhận thức thị giác, cải thiện tốc độ di chuyển.

Robot cũng có thể có trải nghiệm xúc giác giống con người như có da, có cảm nhận. Chẳng hạn, nếu di chuyển và gặp chướng ngại vật, robot có thể nhận biết và phản ứng như con người như lùi lại, di chuyển theo hướng khác, hoặc dùng tay để nắm giữ đồ vật.

Robot thậm chí có thể mô phỏng cảm giác đau đớn, từ đó thay đổi đáng kể hành vi. Nó bắt đầu tránh lặp lại cảm giác đau đớn, phát triển các hành vi mới.

Ngoài ra, robot có thể học hỏi từ con người. Robot có thể thực hiện các hoạt động theo vô số cách nhưng nếu muốn bắt chước con người, nó phải quan sát con người và cố gắng gặp lại chuyển động của họ. Khi phạm sai lầm, nó sẽ tự so sánh với cách con người hành động.

Khai thác robot cho não bộ

Ngược lại, câu hỏi đặt ra là khoa học thần kinh có thể khai thác robot như thế nào? Khi xây dựng mô hình của hệ thống sinh học, con người bắt đầu hiểu rõ hơn về các nguyên tắc hoạt động của nó. Do đó, việc phát triển mô hình máy tính đưa chúng ta đến gần hơn việc tìm hiểu các chức năng thần kinh và cơ sinh học.

Khai thác robot trong khoa học thần kinh hiện đại đồng nghĩa thiết kế hệ thống điều khiển các thiết bị bên ngoài sử dụng tín hiệu não, gọi là giao diện não – máy tính (Neurointerfaces). Đây là phương pháp cần thiết cho sự phát triển của tế bào thần kinh, nhằm hỗ trợ những người bị khuyết tật. Ví dụ, cánh tay giả hỗ trợ người bị cụt tay.

Robot có thể tương tác với hệ thần kinh thông qua giao diện hai chiều gồm: Hệ thần kinh gửi tín hiệu lệnh đến robot và robot, thông qua cảm biến, truyền cảm giác cho con người bằng cách kích thích dây thần kinh ở da hoặc ở vỏ não. Cơ chế này có thể khôi phục lại cảm giác của chi bị mất. Chúng cũng giúp robot hoạt động chính xác hơn.

Ngoài ra, qua giao diện não – máy tính, con người có thể điều khiển robot làm việc theo ý muốn. Chẳng hạn, người bị cụt tay được lắp cánh tay robot giả có thể "truyền ý nghĩ" yêu cầu cánh tay này lấy nước uống. Khi đó, cánh tay sẽ phải thực hiện thao tác vươn ra, cầm lấy cốc, rót nước, đưa lên miệng.

Cách tiếp cận này được các kỹ sư robot gọi là điều khiển kết hợp. Con người sẽ đưa ra các lệnh đơn giản thông qua giao điện não – máy tính và bộ điều khiển trong robot sẽ chọn chiến lược tốt nhất để thực hiện lệnh. Tuy nhiên, robot cần được lập trình để hiểu và biết cách thực hiện lệnh theo các bước cụ thể, chi tiết.

Tương lai của điều khiển học

Nhà nghiên cứu Mikhail Lebedev, làm việc tại Trường Đại học Duke, Mỹ, đã tiến hành thí nghiệm giao diện não – máy tính trên khỉ. Khi một con bước đi, hệ thần kinh trung ương kích hoạt hoạt động di chuyển. Tín hiệu từ vỏ não được gửi cho robot và robot cũng bắt đầu bước đi. Cùng lúc đó, con khỉ quan sát robot qua màn hình trước mặt. Thấy robot di chuyển giống mình, con khỉ lập tức sửa động tác.

Ông Mikhail cho biết, nghiên cứu này dẫn đến những đổi mới trong tương lai. Chẳng hạn, chế tạo bộ xương ngoài để phục hồi hoạt động của những người bị liệt nhưng nghiên cứu này cần thời gian. Trong tương lai, Cyborgs có thể trở nên phổ biến.

Những nghiên cứu như vậy đang diễn ra khắp thế giới. Tại Nga, Trung tâm Giao diện Điện sinh học HSE đang phát triển dự án ExoAtlet. Đây là dự án thiết kế bộ xương ngoài, giúp phục hồi chức năng cho người khuyết tật vận động.

Sự phát triển nhanh chóng của robot hình người dần trở thành hiện thực. Nhiều khả năng trong tương lai gần, robot sẽ xuất hiện ngoài đường phố, di chuyển và suy nghĩ giống con người. Robot có thể thay con người làm nhiều công việc có tính chất khác nhau.

Điều này không chỉ mở ra cơ hội mới mà còn đặt ra những câu hỏi đạo đức liên quan như quyền riêng tư. Bởi lẽ, tín hiệu não là cấp độ cao nhất của quyền riêng tư nhưng nếu robot có thể tiếp cận não, con người sẽ bị mất quyền riêng tư cuối cùng. Hoặc cách con người đối xử với những robot hình người hay Cyborgs.

Tuy nhiên, vẫn còn đó những nhược điểm cần khắc phục. Ví dụ, con người có thể thu nạp năng lượng nhờ lượng nhỏ thực phẩm. Nhưng robot có thể hết pin sau nửa giờ. Khi nói đến việc tối ưu hóa năng lượng, con người vẫn vượt trội hơn robot.

Trong tương lai, điều này có thể thay đổi bởi hàng chục nghìn nhà khoa học, kỹ sư tài năng trên khắp thế giới đang miệt mài trong công việc sáng chế robot.