Liczba prowadzonych dziś na świecie badań, które mogą odwrócić wydarzenia z cenionego filmu „Avatar” Jamesa Camerona, rośnie z każdym dniem i przynosi wymierne rezultaty. Takim badaniom towarzyszą konkretne wyniki, mówią o nich nie tylko marzyciele i pisarze science fiction, ale także wybitni naukowcy i liderzy, w tym rosyjscy. Na przykład Dmitrij Rogozin nie tak dawno w jednym ze swoich wywiadów powiedział dziennikarzom, że wśród projektów realizowanych przez Rosyjską Fundację Badań Zaawansowanych jest też praca nad stworzeniem awatara.
Dziś awatar rozumiany jest jako zestaw komponentów - rodzaj symbiozy maszyny (mechanizmu wykonawczego) i ludzkiego mózgu, który zbudowany jest na bazie neurointerfejsu. Jeśli takie technologie zostaną w pełni wdrożone, człowiek będzie mógł sterować na odległość zarówno osobnym siłownikiem, jak i całą maszyną za pomocą swoich myśli. Avatar to rodzaj pełnoprawnego „ja” na odległość. Wszystko, co dzieje się wokół robota-awatara, musi być w pełni przekazywane operatorowi z takim poziomem pewności, że czuje się on w tym samym miejscu, co sam siłownik. Jest to znacznie trudniejsze do zrealizowania niż zwykłe sterowanie robotem na odległość, dostępne od czasów sowieckich łazików księżycowych.
Osiągnięcia naukowe i techniczne zgromadzone w ciągu ostatniego półwiecza łącznie pozwalają już zastąpić 60-70% funkcji ludzkiego organizmu. Obecnie pozostaje tylko przeanalizować, co dokładnie da nam możliwość oderwania się od fantazji i przejścia do prawdziwego projektu awatara, ponieważ naprawdę jest to warunek wstępny. Osiągnięciem całej ludzkości jest rozwój dużej liczby szerokiej gamy robotów, które dziś nabywają zdolność nie tylko rozwiązywania zaprogramowanych zadań, ale także samodzielnego podejmowania decyzji, oceny sytuacji. Zdolności poznawcze współczesnych systemów robotycznych coraz bardziej zbliżają się do możliwości człowieka.
Perspektywy tego rodzaju pracy odczuły także współczesne duże firmy. Na przykład Google nabył 8 firm zajmujących się robotyką na całym świecie tylko w 2013 r., w ciągu zaledwie sześciu miesięcy. Wśród zakupów internetowego giganta jest znana firma Boston Dynamics, a także japoński Shaft. Ponadto Google interesuje się bioinżynierią, aw 2013 r. Google założył California Life Company, firmę biotechnologiczną Calico.
Pierwsze jaskółki
Neurofizycy zrobili ważny krok w zbliżaniu awatara do rzeczywistości. Udało im się nauczyć małpy używania dwóch wirtualnych rąk, kontrolując je tylko za pomocą myśli. To ważny krok w rozwoju interfejsu mózg-komputer. Do tej pory małpy sterują wirtualnymi rękami na ekranie komputera, nie można z ich pomocą zrobić prawdziwej uczty. Jednak kontrolując te wirtualne ręce za pomocą mózgu i rozwiązując problemy za ich pomocą na ekranie monitora, małpy otrzymują nagrodę. Wirtualne ręce to małpi awatar.
Eksperymenty te są obecnie prowadzone w laboratorium neurofizjologa Miguela Nicolelisa w Duke University Medical Center. Eksperyment obejmuje dwie małpy - samca i samicę. Naukowcy wszczepili w mózg każdego z nich rekordową liczbę mikroelektrod, które są zaangażowane w rejestrowanie aktywności elektrycznej neuronów mózgowych. Do mózgu kobiety wszczepiono 768 elektrod, u mężczyzny 384. Do niedawna nie mógł tego zrobić żaden neurofizjolog na świecie.
Mikroelektrody znajdują się na specjalnych płytkach, które zostały umieszczone w różnych obszarach kory mózgowej małpy. Każda z tych mikroelektrod rejestruje impulsy elektryczne z otaczających neuronów. W rezultacie naukowcom udało się zarejestrować aktywność ponad 500 neuronów u każdej małpy. W tym samym czasie małpom pokazano awatara, który mógł manipulować przedmiotami o różnych kształtach. Potem zaczęli uczyć się obsługi za pomocą joysticka.
W czasie tej kontroli naukowcy rejestrowali aktywność neuronów w swoim mózgu, budując na podstawie uzyskanych danych model, który umożliwiał powiązanie aktywności niektórych neuronów z określonymi ruchami rąk. Jednocześnie do niedawna wszystkie takie eksperymenty prowadzono tylko jedną ręką. Przejście do kontroli dwuręcznej za pomocą aktywności mózgu jest fundamentalnym krokiem naprzód w rozwoju.
Opracowany model stał się podstawą do stworzenia interfejsu „mózg-komputer”, który pozwala za pomocą jednej myśli przełączyć się na sterowanie wirtualnymi awatarami rąk. Oznacza to, że dążeniu małpy do przesunięcia ręki w lewo lub w prawo towarzyszyła aktywność kluczowych neuronów w mózgu, natomiast opracowany interfejs zajmował się przekształceniem tej aktywności w pożądany ruch wirtualnej ręki. Aby rozszyfrować aktywność neuronów, specjaliści wykorzystali algorytm, który stworzyli już w ramach wcześniejszych badań, które prowadzono jedną ręką.
W momencie, gdy małpom odebrano joystick, przy pomocy wytrwałego treningu, nauczyli się myślami kierować wirtualne ręce na ekranie na specjalne cele, utrzymując je na nich przez jakiś czas. Jako cele wykorzystano różne kształty geometryczne. Jeśli małpy poradziły sobie z zadaniem, otrzymały za to smakołyk. Naukowcy trenowali makaki na kilka sposobów. Początkowo ręce małp były wolne i mogły niejako używać ich do pomocy sobie, wykonując te same ruchy, co wirtualna ręka. Jednak w drugim etapie ręce małp były sztywno przymocowane do krzesła, pozostawiając jedynie ich mózgi do kontrolowania wirtualnej rzeczywistości.
Innym ciekawym rozwiązaniem jest sztuczny supersilny mięsień elastyczny, który jest tworzony przez zespół z National University of Singapore (NSU). Według głównego twórcy tej technologii, Adriany Kocha, głównym celem jest stworzenie tkanki mięśniowej, która przewyższa naturalne próbki. Według niej materiały, z których wykonany jest ich sztuczny mięsień, naśladują aktywność prawdziwych ludzkich tkanek i są w stanie natychmiast reagować na przychodzący impuls elektryczny. Mówi się, że ten mięsień jest w stanie podnieść 80-krotność swojej wagi. W niedalekiej przyszłości, za 3-5 lat, eksperci spodziewają się połączyć ten mięsień z ramieniem robota, które z wyglądu będzie prawie nie do odróżnienia od prawdziwego ramienia ludzkiego, ale jednocześnie 10 razy silniejsze od niego.
Ta technologia ma również inne zalety. Skurcze i ruchy sztucznych mięśni mogą generować „produkt uboczny” energii, którą można przekształcić z energii mechanicznej w energię elektryczną. Ze względu na naturalne właściwości materiałów użytych w sztucznym mięśniu będzie on w stanie zatrzymać dość dużą ilość energii. Dzięki temu robot, który otrzymuje takie mięśnie, może stać się energetycznie autonomiczny i niezależny. Ładowanie zajmie nie więcej niż minutę.
Szeroko rozwijane są również technologie tworzenia sztucznych oczu. Naukowcy pracują nad stworzeniem różnych protez siatkówki. Jeszcze więcej poczyniono w rozwoju protez słuchu. Od kilku lat w Stanach Zjednoczonych pacjenci instalują system mikrokomputera, mikrofonu i elektrod podłączonych do nerwów słuchowych. Taki system zainstalowano już ponad 200 000 pacjentów, co sugeruje, że nie są to już pojedyncze eksperymenty naukowców, ale codzienna praktyka kliniczna.
Ukoronowaniem twórczości współczesnych naukowców, demonstrującym twierdzenie, że jesteśmy w stanie zastąpić 60-70% funkcji ludzkiego ciała sztucznymi implantami, był pierwszy na świecie biorobot „Rex”. W takiej bionicznej osobie wszystkie ustalone narządy – od oczu po serce – są sztuczne. Wszystkie pochodzą z tych, które są już instalowane na prawdziwych pacjentach lub poddawane serii testów. Dzięki istniejącemu zestawowi protez „Rex” słyszy, widzi, może chodzić i funkcjonować, jest nawet w stanie prowadzić prostą rozmowę, ponieważ jest wyposażony w prostą sztuczną inteligencję.
Jednocześnie bioniczna osoba nie ma wystarczającej ilości żołądka, płuc i pęcherza. Jednak wszystkie te sztuczne narządy nie zostały jeszcze wynalezione, a rozwój sztucznego mózgu jest jeszcze bardzo odległy. Jednocześnie twórcy Rexa wierzą, że w niedalekiej przyszłości każdy implant będzie dostępny dla ludzi. Ponadto naukowcy uważają, że kiedyś będą ich używać zdrowi ludzie, które w miarę zużywania się zastąpią organy wewnętrzne, a to już jest bezpośrednia droga do nieśmiertelności.
Problemy technologii Avatar
W 2013 roku w Nowym Jorku odbyła się cykliczna międzynarodowa konferencja pt. „Global Future”. Na tej konferencji, zgodnie z tradycją, podsumowuje się wyniki prac przygotowawczych technicznych dla dużego projektu „Avatar”. Szef tego projektu, rosyjski przedsiębiorca Dmitrij Itkow, zajmuje się pozyskiwaniem inwestorów na całym świecie. Według Ickowa w niedalekiej przyszłości może powstać sztuczne ciało, które pod względem szeregu walorów użytkowych nie będzie odbiegać od oryginału, a z czasem nawet będzie w stanie go przewyższyć. Ponadto trwają prace nad stworzeniem technologii przenoszenia osobowości człowieka do tego sztucznego ciała, które może zapewnić nieograniczoną długość życia, dać ludziom nieśmiertelność. Nazwano nawet datę realizacji pierwszego etapu tego programu – 2045.
Już teraz projekt Avatar jest porównywany z największymi osiągnięciami w historii ludzkiej cywilizacji. Takich jak np. projekt stworzenia bomby atomowej, lot kosmiczny, lądowanie na Księżycu. Obecnie dostępne są praktycznie dwa elementy tego programu – mechanizmy wykonawcze i ludzki mózg. Główną przeszkodą w stworzeniu pełnoprawnej, funkcjonującej biomechanicznej symbiozy między nimi jest neurointerfejs – czyli system bezpośredniego i sprzężenia zwrotnego.
Podczas opracowywania takiego połączenia pojawia się duża liczba pytań. Oto tylko jeden z nich: do której z miliarda komórek w korze ruchowej ludzkiego mózgu najlepiej jest doprowadzić elektrody do kontroli np. protezy nogi? Jak znaleźć potrzebne komórki, chronić przed różnymi ingerencjami, zapewnić wymaganą dokładność, przełożyć sekwencję impulsów nerwowych komórek mózgowych na precyzyjne i zrozumiałe polecenia dla sztucznego mechanizmu?
Po tych ogólnych pytaniach dotyczących implementacji pojawia się również duża liczba prywatnych. Na przykład elektrody umieszczane w ludzkim mózgu szybko zarastają warstwą komórek glejowych. Komórki te stanowią swego rodzaju ochronę dla naszego neurośrodowiska, co utrudnia komunikację z wszczepionymi elektrodami. Komórki glejowe próbują blokować wszystko, co postrzegają lub postrzegają jako ciało obce. Obecnie rozwój mikroelektrod przeciwporostowych i jednocześnie nieszkodliwych jest wciąż poważnym problemem bez ostatecznego rozwiązania. Eksperymenty w tym kierunku trwają. Oferujemy elektrody wykonane z nanorurek, elektrody ze specjalną powłoką, istnieje możliwość zastąpienia impulsów elektrycznych sygnałami świetlnymi (testowane na zwierzętach), ale jest za wcześnie na deklarowanie kompletnego rozwiązania problemu.
