Freitag, 21. November 2014

Lego-Roboter mit Wurm-Bewusstsein?


Wildtyp C. elegans (eingefärbt). | Copyright: Public Library of Science / PLoS, CC by-SA 2,5

Westlake Village (USA) - Im OpenWorm-Projekt sind Laien wie Wissenschaftler in Form eines "Open-Science"-Projekts dazu eingeladen, sich an der Simulation des Fadenwurms "Caenorhabditis elegans" zu beteiligen. Einer der Gründer von OpenWorm hat nun die Gehirnstruktur, also den Aufbau der neuralen Verbindungen des Wurms, in Form einer Computersoftware in einen Lego-Roboter überspielt. Das Ergebnis ist erstaunlich, bewegt sich der Roboter nun doch auf ähnliche Weise, wie seine natürlichen Vorbilder und das ohne zugrundeliegendes Programm. Das faszinierende Ergebnis wirft erneute einige nicht weniger faszinierende Fragen.

Mit gerade einmal 302 bereits ausführlich beschriebenen Neuronen, also Nervenzellen, stellt der Fadenwurm Caenorhabditis elegans (C. elegans) einen idealen Modellorganismus dar, der nicht nur von Genetikern sondern auch von Neurologen und anderen Wissenschaftler schon seit einigen Jahren intensiv erforscht und beschrieben wird. Ziel des OpenWorm-Projekts ist eine möglichst vollständige Sofware-Simulation von C. elegans.

Auf dem Weg dorthin, hat nun einer der OpenWorm-Gründer, Timothy Busbice, die bekannte neurale Struktur und Funktionsordnung des Fadenwurms gemeinsam mit einem objektorientierten Neuronenprogramm in einen Lego-Roboter vom Typ Mindstorms EV3 überspielt.


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Das Modell, so berichtet "I-Programmer.info", stellt die neuralen Verbindungen zwischen den einzelnen der 302 Nervenzellen korrekt dar und nutzt ein sogenanntes User Datagram Protocol (UDP), um diese sozusagen zu zünden und untereinander zu koordinieren. Bei einem solchen UDP handelt es sich um ein verbindungsloses Netzwerkprotokoll, das normalerweise dafür zuständig ist, Daten, die beispielsweise via Internet übertragen werden, auch der richtigen, gewünschten Anwendung zukommen zu lassen.

Haben zwei Neuronen drei synaptische Verbindungen, so feuert das erste Neuron ein UDP-Packet mit der Nutzlast "3" an das zweite Neuron. Die Neuronen selbst haben (wie Internetanschlüsse) jeweils individuelle IP-Adressen und sog. Portnummern (s. Video). Mittels Algorithmen erkennt dass System, bzw. die einzelnen Neuronen, immer dann, wenn ein bestimmter Grenzwert an Nutzlast überschritten wird und lässt dann die Nervenzelle selbst feuern. Bleibt eine Nervenzelle länger als 200 Millisekunden lang ohne Input wird ihr Speicher ebenso gelöscht wie mit jedem Feuern - ein Vorgang, der dem entspricht, was in ähnlicher Form auch echten neuralen Netzwerken geschieht.


Die Software wiederum ist mit Sensoren und Effektoren (Roboter-Wirkgliedern) verbunden, wie sie im normalen Lego-Roboterbasusatz enthalten sind und deren Informationen alle 100 Millisekunden erfasst und weitergegeben werden.


So ersetzt beispielsweise u.a. der Sonar-Sensor des Roboters das Kopfende des Wurms und dessen Richtungsorgane. Kommt der Roboter mit diesen in Reichweite von 20 Zentimetern, so werden UDP-Einheiten an die sensorischen Neuronen des Netzwerks gesendet. Ähnlich verhält es sich mit den 95 motorischen Neuronen des simulierten Wurms, deren Muskeln wiederum von den Motoren zu beiden Seiten des Roboters imitiert werden und diesen beschleunigen und bewegen.

Laut den Forschern sei das Ergebnis erstaunlich: der Roboter bewege sich ganz ähnlich, wie dies auch anhand lebender Exemplare von Caenorhabditis elegans zu beobachten sei.



Klicken Sie auf die Bildmitte, um das Video zu starten

Um zu verstehen und zu bewerten, was genau der Roboter hier tut, ist es wichtig zu wissen, dass es sich bei seinen Bewegungen nicht um das Ergebnis eines zuvor installierten Programms oder Verhaltenstrainings der Maschine handelt. Stattdessen liegt dem Verhalten des Roboters sozusagen eine Software-Kopie der neuralen Struktur des Wurms zugrunde und einzig aus dieser heraus entsteht in Interaktion mit der durch die Robotersensorik wahrgenommenen Umwelt das "Verhalten" des Roboters.


Zum Thema

Angesichts der Ergebnisses stellt sich nun einigen Forschern und Philosophen nun die Frage, ob der Roboter dadurch nun sozusagen zu einem Caenorhabditis elegans in einem "fremden Körper" geworden ist oder ob es sich um etwas ganz anderes, etwas völlig neues handelt? Noch viel wichtiger: Ist dieser C.-elegans-Roboter nun "lebendig" oder nicht? Ist der "Geist" in der Maschine also doch nur die Maschine, bzw. das Ergebnis ihrer neuralen Einzelteile?

- Einen vollständigen Artikel über den "Robotic Worm" im englischen Original finden Sie im PDF der Zeitschrift "Biocoder" HIER


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