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Rehovot, Israel - Montag, den 11. Februar 2008
Wissenschaftler aus Europa, Israel und den USA entwickeln 'Roboterratten', die bei Rettungsmissionen und Planetenforschung helfen koennen
Eine neue Initiative, die neun Forschungsgruppen aus sieben Laendern und darunter auch Robotikteams und Gehirnforscher aus Europa, den USA und Israel zusammen brachte, wurde kuerzlich eingerichtet, mit dem Ziel die Natur nachzuahmen.
Auf der Grundlage der Prinzipien des aktiven Abtastens, das im Tierreich weit verbreitet ist, hat das multinationale Team innovative Tasttechnologien entwickelt, einschliesslich 'Schnurrhaare' an Roboterratten. Dieser Roboter mit Schnurrhaaren wird dazu imstande sein, sehr schnell sich bewegende Objekte zu lokalisieren, zu identifizieren und einzufangen. 'Der Einsatz des Anfassens wurde bisher beim Design kuenstlicher Intelligenzsysteme zumeist uebersehen,' sagt Prof. Ehud Ahissar aus dem Fachbereich Neurobiologie am Weizmann Institut, dessen Forschungsteam eines der Teams ist, die an dem multinationalen Projekt teilnehmen.
'Fuer Nachttiere oder Tiere, die meist in der Dunkelheit leben, haben einen ausgepraegten Tastsinn, den sie weit mehr als ihr Sehvermoegen einsetzen, um die physischen Informationen in ihrer Umgebung kennen zu lernen und aufzunehmen.' Zu diesen Tieren zaehlt beispielsweise die Ratte. Mehrere Gruppen des internationalen Forschungsteams testen die Art und Weise, in der Ratten ihre borstigen Schnurrhaare benutzen, um ihre Umgebung zu erkunden und wie das Gehirn die gesammelten Informationen verarbeitet. 'Wenn wir es schaffen zu verstehen, wie dieser Tastsinn so effizient ist, werden wir Roboter entwickeln koennen, die diese Eigenschaft nachahmen und effektiv einsetzen.'
Welches Geheimnis verbirgt sich hinter den 'Schnurrhaaren''Warum ist der Tastsinn dieser Schnurrhaare der Ratten so viel effizienter als die Fingerspitzen einer durchschnittlichen Person? Die Teams der Arbeitsgemeinschaft konnten einige Einsichten fuer diese Fragen bieten. Eine Erklaerung betrifft die Art und Weise wie das Sinnessystem arbeitet: Schnurrhaare bewegen sich aktiv wiederholt hin und zurueck, wobei sie Informationen aus der Umgebung ansammeln. Die Wahrnehmung beginnt in den Neuronen an der Basis der Schnurrhaare, die dann umgehend Signale an das Gehirn uebermitteln. Darueber hinaus haben die Experimente gezeigt, dass die Art und Weise wie die Ratte ihre Schnurrhaare einsetzt vom Kontext abhaengig ist. Dieser scheinbar einfache Akt des Abtastens eine dreidimensionalen Objekts benoetigt z.B. drei verschiedene Arten von Kodes, wobei jeder Kode eine andere Information enthaelt - die horizontale, die vertikale und die radiale (die Entfernung von der Basis der Schnurrhaare). Die horizontale Dimension ist beispielsweise durch die genaue zeitliche Steuerung der neuralen Signale in Relation zur Bewegung der Schnurrhaare kodiert. Die vertikale Dimension wie z.B. die Objekthoehe ist durch den vertikalen Abstand der Schnurrhaare kodiert. , die aehnlich wie auf einem Gitter an beiden Seiten der Schnauze angeordnet sind. Die radiale Dimension hingegen ist in der Zahl der Abstaende, in denen die Neuronen uebermitteln, kodiert: Je naeher sich ein Objekt an der Schnauze befindet, desto hoeher die Anzahl der Neuronuebermittlungen.
Die Forschungsarbeit der Arbeitsgemeinschaft zeigt auch auf, dass die Signale von den Schnurrhaaren ueber parallele Wege uebermittelt werden, die innerhalb paralleler, geschlossener Feedback-Schleifen fungieren und konstant die erhaltenen Signale ueberwachen und ihre Reaktionen entsprechend veraendern. Die Forscher sind der Ansicht, dass die komplexen Wechselbeziehung zwischen den Feedback-Schleifen verantwortlich sind fuer die reichhaltige und akkurate Kontrolle der Bewegung, aber gleichzeitig auch eine technologische Herausforderung darstellen, wenn man versuchen will, ein kuenstliches System zu bauen, das auf diesem Konzept beruht.
'Um die Rolle der Feedback-Schleifen eingehender zu untersuchen,' sagt Prof. David Golomb von der Ben-Gurion-Universitaet in Israel, dessen Forschungsteam eine der Gruppen ist, die an dem multinationalen Projekt beteiligt sind, 'muessen die Mitglieder der Arbeitsgemeinschaft theoretische Methoden und Berechnungen der theoretischen Physik und der angewandten Mathematik implementieren, um Modelle zu entwickeln und zu erforschen, die die komplizierten neuralen Ablaeufe definieren, die das aktive Tasten kontrollieren. ' Die Modelle basieren auf experimentellen Beobachtungen, und sollen voraussichtlich von den Teams der Arbeitsgemeinschaft getestet werden.
Ahissar: 'Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist es einerseits, ein besseres Verstaendnis des Gehirns zu erzielen, und andererseits die Technologie voranzubringen. Damit gemeint ist, dass Forscher Roboter als experimentelle Werkzeuge einsetzen koennen, in dem die Wissenschaftler Schritt fuer Schritt System aufbauen, das dem Gehirn aehnelt, und somit koennten Einsichten in die Arbeit der inneren Komponenten des Gehirns erlangt werden. In Bezug auf die technologischen Anwendungen schlagen wir vor, dass es die multiplen geschlossenen Feedback-Schleifen sind, die die Kerneigenschaften besitzen, die den biologischen Systemen einen Vorteil gegenueber den Robotiksystemen verleihen. Aus diesem Grunde wird die Implementierung dieses biologischen Wissens es den Robotikwissenschaftlern hoffentlich ermoeglichen effizientere Maschinen zu bauen, damit sie dann in Rettungs- und auch in Suchmissionen unter schlechten Sichtbedingungen eingesetzt werden koennen'. So koennte die grundlegende Erforschung von Tieren zum Wohl des Menschen beitragen und nicht nur medizinischen Zwecken dienen.
Das BIOTACT-Projekt, das hauptsaechlich von dem EC Seventh Research Framwork Programme finanziert wird, schliesst die Beteiligung von Wissenschaftlern von Universitaeten, Forschungsinstituten und Hightech-Firmen in Grossbritannien (zwei Gruppen), der Schweiz, Italien, Frankreich, Deutschland und den USA ein.
Prof. Ehud Ahissars Forschungsarbeit wird vom Nella and Leon Benoziyo Center for Neurological Diseases finanziert. Prof. Ahissar haelt den Helen-Diller-Familien-Professurlehrstuhl fuer Neurobiologie inne.
Das Weizmann Institut in Rehovot, Israel, gehort weltweit zu den fuhrenden multidisziplinaren Forschungseinrichtungen. Seine 2600 Wissenschaftler, Studenten, Techniker und anderen Mitarbeiter sind in einem breiten Spektrum naturwissenschaftlicher Forschung tatig. Zu den Forschungszielen des Instituts gehoren neue Moglichkeiten im Kampf gegen Krankheit und Hunger, die Untersuchung wichtiger Fragestellungen in Mathematik und Informatik, die Erforschung der Physik der Materie und des Universums und die Entwicklung neuer Werkstoffe und neuer Strategien fur den Umweltschutz.
Die Nachrichten des Weizmann-Instituts sind im World Wide Web unter http://www.weizmann.ac.il hinterlegt und ebenfalls unter http://www.eurekalert.org abrufbar
Source: Weizmann Instiute of Science
Source: Weizmann Institute of Science
Criteria of this press release:
Biology, Information technology
transregional, national
Research results
German
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