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Roboterhund wird von einem Biocomputer mit menschlichen Nervenzellen gesteuert
Ein Roboterhund hat sich in einer Vorführung mithilfe lebender menschlicher Nervenzellen bewegt, deren elektrische Aktivität in Steuerbefehle übersetzt wurde. Die Zellen entstanden aus umprogrammierten menschlichen Blutzellen und arbeiten zusammen mit Elektroden, Software und konventioneller Hardware. Eine ergänzende Versuchsreihe weist Lernfortschritte bei virtuellen Navigationsaufgaben nach, liefert aber noch keinen Beleg für eine selbstständige Navigation des Roboterhunds.
Melbourne (Australien). Roboter werden normalerweise von digitalen Prozessoren gesteuert, die Sensordaten auswerten und Bewegungen auslösen. Bei sogenannten Biocomputern übernehmen lebende Nervenzellen einen Teil dieser Verarbeitung. Die jetzt vorgeführte Kopplung an einen vierbeinigen Roboter zeigt, dass neuronale Signale auch die Bewegungen einer physischen Maschine beeinflussen können.
Das biologische Bauteil ist weder ein vollständiges Gehirn noch gewöhnliches Blut. Aus gespendeten Blutzellen lassen sich im Labor zunächst induzierte pluripotente Stammzellen gewinnen, aus denen anschließend Nervenzellen entstehen. Diese wachsen auf einem Chip mit Elektroden und werden in einer Nährlösung am Leben gehalten. Eine frühere Anwendung der CL1-Technik knüpfte an Versuche an, bei denen solche Zellkulturen das Videospiel Pong steuerten.
Forscher des australischen Unternehmens Cortical Labs um Johnson Zhou haben untersucht, wie sich diese neuronalen Zellnetzwerke in einen digitalen Steuerkreislauf einbinden lassen. Eine separat gezeigte Roboterhund-Vorführung knüpft an die Technik an. Die ausführliche wissenschaftliche Untersuchung behandelt allerdings nicht den Roboterhund, sondern eine computergenerierte Navigationsaufgabe.
Bei der Vorführung wurden die Häufigkeiten elektrischer Impulse aus einem lebenden neuronalen Netzwerk verwendet, um die Bewegungen des Roboterhunds in einem begrenzten Bereich zu beeinflussen. Damit ließ sich die Aktivität kultivierter Nervenzellen auf ein reales Gerät übertragen. Die Darstellung belegt jedoch keine vollständig autonome Robotersteuerung.
Das Nervengewebe bewegt die Gelenke nicht direkt. Die Signale werden von Elektroden erfasst und mithilfe digitaler Elektronik und Software als Steuerinformationen nutzbar gemacht, während der Roboter weiterhin konventionelle Antriebe benötigt. Eine solche Kombination aus biologischen Zellen und Computertechnik wird als biohybrides System bezeichnet.
Wie zuverlässig das Verfahren Hindernisse umgeht, Wege selbstständig plant oder auf unerwartete Veränderungen reagiert, ist durch die öffentlich beschriebenen Szenen nicht quantifiziert. Auch ein Leistungs- oder Energievergleich mit einem rein elektronisch gesteuerten Roboter liegt für diese Demonstration nicht vor.
Für die begleitende Untersuchung verband das Team menschliche Nervenzellkulturen in biologischen CL1-Computern mit einer einfachen virtuellen Umgebung. Ein Agent musste darin eine Futterquelle erreichen, wobei ihm ein simulierter Geruchsgradient die Richtung anzeigte. Er konnte vorwärtsgehen oder nach links beziehungsweise rechts abbiegen.
Damit der Agent die passende Bewegung wählen konnte, übersetzte die Software Informationen über die Umgebung in elektrische Reize für die Zellen. Deren Antworten wurden anschließend in eine der drei Bewegungsaktionen umgewandelt. Zusätzliche Rückmeldungen sollten die Veränderung der neuronalen Aktivität während wiederholter Versuche unterstützen.
Die Forscher testeten 1.296 Kombinationen von Stimulationsparametern an insgesamt 26 neuronalen Kulturen. Dabei kamen mehr als 4.000 Stunden Interaktionen zwischen den Zellnetzwerken und der Simulation zusammen. Zwölf der getesteten Einstellungen ermöglichten über mehrere Durchgänge hinweg konsistente Lernfortschritte.