O sistema nervoso artificial sente a luz e aprende a captar como os humanos

TECNOLOGIA 9 de abril de 2021 – Chris Stokel-Walker

Capa: A impressão de um artista sobre os neurônios – BIBLIOTECA DE FOTOS KTSDESIGN / SCIENCE
Um sistema nervoso artificial simples é capaz de imitar uma maneira como os humanos habilitados à luz e aprendem a realizar tarefas básicas, o principal serviço usado para criar robôs e próteses mais útil.

Os humanos, quando confrontados com estímulos externos, como calor ou luz, podem reagir rápida e automaticamente – pense em como sua mão se afasta de uma superfície quente ou como sua perna levanta quando é tocada no joelho. Essas são respostas inconscientes. Mas as respostas conscientes, como pegar uma bola, devem ser aprimoradas por estímulos repetidos.

Pesquisadores de três universidades na Coréia do Sul desenvolveram um sistema artificial capaz de simular uma resposta consciente a estímulos externos. Ele consiste em um fotodiodo – que converte a luz em um sinal elétrico, um transistor atuando como uma sinapse mecânica, um circuito de neurônio artificial, que atua como o cérebro do sistema, e uma mão robótica.

Quando o fotodiodo detecta luz, ele envia um sinal elétrico através do transistor de que a luz está acesa. Esse sinal é transportado para o circuito de neurônios artificiais. Lá, a mensagem é recebida e aquele circuito aprende como responder ao sinal, enviando um comando para uma mão robótica que ele controla.

Ao mesmo tempo que a luz é acesa, iniciando todo o processo no fotodiodo, uma bola é lançada de cima da mão. A ideia é que a engenhoca aprenda a colocar a mão em concha, rápido o suficiente para pegar a bola.

O processo é semelhante ao modo como nosso olho transmite sinais elétricos por meio de sinapses para nosso cérebro, que então traduz esses sinais, decide o curso de ação e envia um comando para os músculos se moverem – tudo em uma fração de segundo.

Nos estágios iniciais do experimento, o cérebro do sistema demorou a traduzir o sinal de luz em uma decisão de segurar a mão. Antes de “aprender” como reagir, o sistema levou 2,56 segundos para fazer isso. Depois de ter sido exposto repetidamente ao sinal de luz e ter tempo para processar o que fazer, diminuiu para 0,23 segundos. Os pesquisadores dizem que o sistema neural artificial está imitando algo como uma resposta biológica consciente.

O sistema não é o primeiro a tentar imitar a resposta biológica que os humanos têm a estímulos externos. Um artigo em 2018 detalhou tentativas de recriar neurônios sensoriais dentro da pele, enquanto um artigo de 2019 se concentrou no desenvolvimento de sinapses artificiais. Um dos autores desse artigo até usou um sistema nervoso artificial para controlar o movimento dos membros de uma barata.

Um dos objetivos desse tipo de pesquisa é ajudar as pessoas com problemas neurológicos a recuperar o controle de órgãos e membros que não controlar tão rapidamente quanto antes.

“A operação do dispositivo é muito promissora, especialmente em tarefas de assistência humana ou no treinamento de sistemas robóticos baseados no movimento humano”, disse Jonathan Aitken da Universidade de Sheffield, no Reino Unido.

Aitken acredita que o sistema pode ser combinado com vestíveis que rastreiam como as pessoas se movem para criar treinados para se comportar de maneira semelhante. Pode, por exemplo, permitir que os robôs façam tarefas manuais que exijam uma resposta a circunstâncias externas.

Referência do periódico: Science AdvancesDOI: 10.1126 / sciadv.abe3996

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