Quand les modèles de cerveau virtuels rencontrent des corps de robot réels et simulés
Le site plate-forme de neurorobotique (NRP) du HBP constitue un ensemble d’outils permettant de connecter et de simuler le cerveau et le corps («incarnation»). Il prend en charge des expériences virtuelles dans des environnements simulés physiquement réalistes grâce auxquels les neuroscientifiques peuvent évaluer les performances fonctionnelles des modèles cérébraux dans le contexte de tâches comportementales, et ainsi les comparer ou les affiner de façon itérative. Cela fournit aux chercheurs de nouveaux outils pour étudier des sujets comme le contrôle neuronal du mouvement ou les mécanismes d’apprentissage dans le contexte d’interactions avec l’environnement. À terme, les connaissances tirées de ces études changeront fondamentalement la conception des robots. Mieux comprendre la structure, la fonction et la dynamique du cerveau La première étape de la simulation incarnée consiste à définir une tâche à effectuer et à établir la configuration virtuelle et robotique appropriée. Ensuite, une architecture de contrôle (cerveau) est sélectionnée pour la simulation, ainsi que les paradigmes d’apprentissage et les scénarios expérimentaux pertinents. Le NRP aide les utilisateurs à chaque étape de ce processus. Les expériences en boucle fermée offrent ensuite aux neuroscientifiques une occasion unique d’explorer la relation entre la structure, la fonction et la dynamique neuronales du cerveau dans des contextes comportementaux spécifiques. Par exemple, plusieurs partenaires du HBP étudient conjointement la manière dont l’activité oculomotrice, le traitement visuel et le contrôle moteur habile travaillent ensemble lors de tâches impliquant la saisie d’objets en mouvement. D’autres créent une souris virtuelle pour le NRP, dotée d’un système musculo-squelettique extrêmement détaillé. L’objectif consiste à créer un modèle virtuel aussi proche que possible de son homologue biologique, de sorte que certaines expériences sur des animaux puissent être reproduites et effectuées virtuellement. Ces progrès pourraient éventuellement apporter des avantages importants à la science médicale. Par exemple, les membres de l’équipe du HBP modélisent et simulent les circuits neuronaux de la moelle épinière afin de comprendre comment la stimulation vertébrale peut être optimisée et/ou personnalisée. L’un des principaux objectifs consiste à aider les patients souffrant de lésions de la moelle épinière à recouvrer une certaine capacité de locomotion, et les développements neurorobotiques pourraient se révéler inestimables ici. Construire de meilleurs robots D’autres expériences visent à révéler le secret des processus biologiques qui permettent au cerveau d’adapter son comportement à des conditions environnementales changeantes. Cela permettrait aux chercheurs de construire de meilleurs robots, augmentant ainsi leur efficacité dans les domaines où l’état actuel de la technique fait défaut, comme la perception des situations. En outre, le NRP fournit tous les outils de simulation nécessaires à la formation de systèmes robotiques: non seulement cela minimise les risques de dommages matériels coûteux, mais cela permet également d’utiliser des algorithmes de formation massivement parallèles. «L’utilisation du calcul haute performance réduira considérablement le temps nécessaire à la formation de systèmes robotiques. De plus, le prototypage virtuel de plates-formes robotiques devrait permettre de réduire les coûts de développement et de proposer des produits mieux conçus et plus robustes», déclare le professeur Alois Knoll, chef de projet pour le NRP. Certains partenaires du HBP cherchent actuellement à déterminer si des architectures cognitives inspirées par le cerveau pourraient être utilisées comme systèmes de contrôle pour des bras robotiques industriels dans des scénarios de collaboration (cobots). Ils étendent également ces efforts de recherche aux robots conformes aux normes mécaniques, ce qui pourrait offrir une «sécurité intégrée dès la conception» dans laquelle les robots doivent fonctionner autour de l’être humain, dans des usines par exemple. Le NRP est public, en ligne et disponible pour les chercheurs qui souhaitent tester leurs modèles de cerveau ou construire les robots du futur inspirés par le cerveau. «La virtualisation des neurosciences est la prochaine étape naturelle, où les limites sont celles imposées par les puissances de calcul. En d’autres termes: il n’y a pas de limites!», conclut le professeur Knoll.
Pays
Suisse