Cuando los modelos virtuales del encéfalo convergen con los cuerpos de robots reales y simulados
La Neurorobotics Platform (NRP) del HBP consiste en un conjunto de herramientas para conectar y simular en conjunto el encéfalo y el cuerpo («corporeización»). Permite realizar experimentos virtuales en entornos simulados físicamente realistas a través de los cuales los neurocientíficos pueden evaluar el rendimiento funcional de modelos encefálicos en el contexto de tareas conductuales y, de esta manera, compararlos o perfeccionarlos de forma iterativa. Esto brinda a los investigadores nuevas herramientas para estudiar cuestiones como el control neuronal del movimiento o los mecanismos de aprendizaje en el contexto de las interacciones con el entorno. En último término, el conocimiento derivado de estos estudios cambiará de manera fundamental la forma en la que se diseñan los robots. Mejor comprensión de la estructura, la función y la dinámica del encéfalo El primer paso para la simulación corporeizada consiste en definir una tarea que realizar y establecer la configuración virtual y robótica de interés. A continuación, se selecciona una arquitectura de control (encéfalo) para la simulación, junto con los paradigmas de aprendizaje y supuestos experimentales relevantes. La NRP ayuda a los usuarios en cada paso de este proceso. Los experimentos en bucle cerrado ofrecen a los neurocientíficos una oportunidad única para examinar la relación entre la estructura y la función del encéfalo y la dinámica neuronal en contextos conductuales concretos. Por ejemplo, varios socios del HBP están investigando conjuntamente cómo la actividad oculomotora, el procesamiento visual y el control motor fino trabajan al unísono en tareas que implican agarrar objetos en movimiento. Otros están creando un ratón virtual para la NRP, coronado con un sistema musculoesquelético muy detallado. La finalidad es crear un modelo virtual lo más parecido posible a su homólogo biológico, de modo que algunos experimentos con animales puedan reproducirse y realizarse virtualmente. Estos avances pueden proporcionar, en último término, beneficios significativos para la ciencia médica. Por ejemplo, los miembros del equipo del HBP están modelizando el circuito neuronal de la médula espinal y simulándolo en pos de comprender cómo se puede optimizar o personalizar la estimulación de la médula espinal. Uno de los objetivos principales es ayudar a los pacientes con lesiones de médula espinal a recuperar cierta capacidad de locomoción y, en este contexto, los desarrollos neurorobóticos podrían resultar muy valiosos. Construcción de mejores robots Otros experimentos tienen como objetivo desvelar el secreto de los procesos biológicos que permiten al encéfalo adaptar el comportamiento a condiciones ambientales cambiantes, lo que proporcionaría a los investigadores los medios para construir mejores robots, aumentando su eficacia en áreas en las que se carece actualmente de tecnología de vanguardia como, por ejemplo, la conciencia situacional del espacio. Además, la NRP proporciona todas las herramientas de simulación necesarias para entrenar sistemas robóticos en simulación, lo que no solo minimiza el riesgo de daños en un «hardware» caro, sino que también brinda la posibilidad de utilizar algoritmos de entrenamiento masivamente paralelos. «El uso de la informática de alto rendimiento reducirá en gran medida el tiempo necesario para entrenar sistemas robóticos. Además, la creación de prototipos virtuales de plataformas robóticas debería reducir los costes de desarrollo y ofrecer productos mejor diseñados y más robustos», afirma el Prof. Dr. Alois Knoll, jefe de proyecto de la NRP. Actualmente, algunos de los socios del HBP están investigando si las arquitecturas cognitivas inspiradas en el encéfalo pueden ser útiles como sistemas de control para brazos robóticos industriales que operan en escenarios de colaboración (cobots). También amplían estos esfuerzos de investigación a robots que cumplen con normas mecánicas, lo que podría proporcionar «seguridad por diseño» cuando los robots deben operar alrededor de seres humanos, por ejemplo, en fábricas. La NRP es pública, en línea y está disponible para los investigadores que quieran evaluar sus modelos encefálicos o construir los robots inspirados en el encéfalo del futuro. «La virtualización de la neurociencia es el siguiente paso natural, donde los límites son aquellos impuestos por el poder de la computación. En otras palabras: ¡las posibilidades son infinitas!», concluye el Prof. Dr. Knoll.
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