Lorsque nous marchons sur un trottoir, nous sommes capables d’éviter les flaques d’eau, les autres piétons et les fissures dans le sol. Cela peut sembler intuitif, et c’est parce que cela l’est. En réalité, il existe un composant biologique qui permet aux humains et autres mammifères de naviguer dans nos environnements complexes.
Les générateurs de motifs centraux (CPG) sont des réseaux neuronaux qui produisent des motifs rythmiques de signaux de contrôle pour les membres en utilisant de simples indices environnementaux. Lorsque nous faisons un pas rapide pour éviter un obstacle sur notre chemin, ce sont nos CPG qui font leur travail.
Rajkumar Kubendran, chercheur principal de l’Université de Pittsburgh, va diriger un projet de deux ans visant à intégrer ces réseaux neuronaux dans des robots.
Des robots inspirés par la biologie
Construire des robots bio-inspirés n’est pas une nouveauté, mais modéliser, concevoir et mettre en œuvre des réseaux neuromorphiques avec des synapses et des neurones à l’intérieur de robots miniatures constitue une avancée innovante. Le génie neuromorphique, qui s’inspire du cerveau humain, sera essentiel pour parvenir à un contrôle sensorimoteur efficace et adaptatif dans ces robots.
« Nous visons à démontrer un robot quadripode ou hexapode entièrement fonctionnel qui peut apprendre à se déplacer, en utilisant des principes éclairés par les neurosciences, conduisant à un contrôle sensorimoteur biomimétique pour une locomotion écoénergétique, en utilisant des algorithmes d’apprentissage fonctionnant sur des réseaux neuronaux bio-réalistes, construits en utilisant une technologie semi-conductrice qui va au-delà de ses limites normales », a expliqué le professeur adjoint.
Apprentissage et adaptation
Ces robots pourront éviter une flaque d’eau aussi intuitivement que les humains en apprenant constamment à se déplacer. Le groupe s’inspirera des circuits neuronaux présents dans la biologie qui soutiennent le contrôle agile du mouvement.
L’équipe prévoit d’incorporer des dynamiques temporelles non linéaires dans des systèmes à rétroaction mixte pour construire des réseaux neuronaux inspirés de la biologie et les mettre en œuvre sur du matériel écoénergétique et évolutif.
Le consortium NeuRoBots
Pour répondre aux exigences complexes du génie neuromorphique, l’équipe développe également le consortium éducatif NeuRoBots. Ce consortium formera une nouvelle génération d’ingénieurs et de chercheurs grâce à des pratiques éprouvées basées sur des preuves pour les préparer aux besoins en constante évolution de l’industrie.
« L’étendue des compétences requises pour former efficacement une nouvelle génération de professionnels en informatique neuromorphique pour la robotique rend la conception des programmes et l’intégration aux cadres existants difficiles », a conclu Kudendran. « Nous avons besoin d’aide pour préparer nos ingénieurs à cet environnement technique en mutation. »
En synthèse
Le projet, intitulé « Contrôle sensorimoteur bio-inspiré pour la locomotion robotique avec des architectures neuromorphiques utilisant des matériaux et des dispositifs au-delà du CMOS », débutera en 2024 et fait partie d’une initiative plus vaste de 45 millions de dollars de la NSF pour investir dans l’avenir des semi-conducteurs.
En intégrant des réseaux neuronaux inspirés de la biologie dans des robots, les chercheurs espèrent créer des machines capables de naviguer intuitivement dans des environnements complexes, tout comme les humains et autres mammifères le font grâce à leurs générateurs de motifs centraux.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce qu’un générateur de motifs central (CPG) ?
Les générateurs de motifs centraux (CPG) sont des réseaux neuronaux qui produisent des motifs rythmiques de signaux de contrôle pour les membres en utilisant de simples indices environnementaux. Ils permettent aux humains et autres mammifères de naviguer dans des environnements complexes.
2. Quel est l’objectif du projet financé par la National Science Foundation ?
Le projet vise à intégrer des réseaux neuronaux inspirés des CPG dans des robots pour leur permettre de naviguer intuitivement dans des environnements complexes, tout comme les humains et autres mammifères le font grâce à leurs CPG.
3. Qu’est-ce que le génie neuromorphique ?
Le génie neuromorphique est une discipline qui s’inspire du cerveau humain pour concevoir des systèmes informatiques et des robots. Il sera essentiel pour parvenir à un contrôle sensorimoteur efficace et adaptatif dans les robots développés dans le cadre de ce projet.
4. Comment les robots apprendront-ils à se déplacer ?
Les robots apprendront à se déplacer en s’inspirant des circuits neuronaux présents dans la biologie qui soutiennent le contrôle agile du mouvement. L’équipe prévoit d’incorporer des dynamiques temporelles non linéaires dans des systèmes à rétroaction mixte pour construire des réseaux neuronaux inspirés de la biologie et les mettre en œuvre sur du matériel écoénergétique et évolutif.
5. Qu’est-ce que le consortium NeuRoBots ?
Le consortium NeuRoBots est une initiative éducative visant à former une nouvelle génération d’ingénieurs et de chercheurs en génie neuromorphique pour la robotique, en utilisant des pratiques éprouvées basées sur des preuves pour les préparer aux besoins en constante évolution de l’industrie.
