Die Zahl der Forschungen, die heute weltweit durchgeführt werden, die die Ereignisse des gefeierten Films "Avatar" von James Cameron drehen können, wächst täglich und trägt greifbare Ergebnisse. Begleitet werden solche Studien von konkreten Ergebnissen, von denen nicht nur Träumer und Science-Fiction-Autoren sprechen, sondern auch prominente Wissenschaftler und Führungskräfte, darunter auch russische. Zum Beispiel sagte Dmitry Rogozin vor nicht allzu langer Zeit in einem seiner Interviews gegenüber Reportern, dass unter den Projekten, die von der Russischen Stiftung für fortgeschrittene Studien durchgeführt werden, auch daran gearbeitet wird, einen Avatar zu erstellen.
Unter einem Avatar versteht man heute einen Satz von Komponenten – eine Art Symbiose aus einer Maschine (ausführender Mechanismus) und einem menschlichen Gehirn, das auf Basis eines Neurointerfaces aufgebaut ist. Werden solche Technologien vollständig umgesetzt, kann ein Mensch mit Hilfe seiner Gedanken sowohl einen separaten Aktor als auch die gesamte Maschine aus der Ferne steuern. Avatar ist eine Art vollwertiges "Ich" auf Distanz. Alles, was um den Roboter-Avatar herum passiert, muss dem Bediener so sicher übermittelt werden, dass er sich am gleichen Ort wie der Aktuator selbst fühlt. Das ist viel schwieriger zu realisieren als die übliche Fernsteuerung eines Roboters, die es seit den Tagen der sowjetischen Mondrover gibt.
Die im letzten halben Jahrhundert gesammelten wissenschaftlichen und technischen Errungenschaften ermöglichen es bereits heute, 60-70% der Funktionen des menschlichen Körpers zu ersetzen. Derzeit bleibt nur zu analysieren, was uns genau die Möglichkeit gibt, von Fantasien wegzukommen und zum echten Design eines Avatars überzugehen, da es wirklich eine Voraussetzung gibt. Die Errungenschaft der gesamten Menschheit ist die Entwicklung einer Vielzahl unterschiedlichster Roboter, die heute die Fähigkeit erwerben, nicht nur programmierte Aufgaben zu lösen, sondern auch selbstständig Entscheidungen zu treffen und die Situation einzuschätzen. Die kognitiven Fähigkeiten moderner Robotersysteme kommen den menschlichen Fähigkeiten immer näher.
Auch moderne Großunternehmen haben die Aussichten dieser Art von Arbeit gespürt. Google hat beispielsweise allein im Jahr 2013 in nur sechs Monaten 8 Robotikunternehmen weltweit übernommen. Zu den Käufen des Internetgiganten gehört das bekannte Unternehmen Boston Dynamics, sowie die japanische Shaft. Darüber hinaus hat Google ein Interesse am Bioengineering und gründete 2013 die California Life Company, ein Biotech-Unternehmen Calico.
Die ersten Schwalben
Neurophysiker haben einen wichtigen Schritt getan, um den Avatar der Realität näher zu bringen. Es gelang ihnen, Affen beizubringen, zwei virtuelle Hände zu benutzen und sie nur mit Hilfe von Gedanken zu kontrollieren. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Gehirn-Computer-Schnittstelle. Bisher steuern Affen virtuelle Hände auf einem Computerbildschirm, mit ihrer Hilfe kann man sich keine echte Leckerei gönnen. Durch die Steuerung dieser virtuellen Hände mit Hilfe des Gehirns und das Lösen von Problemen mit ihrer Hilfe auf dem Bildschirm erhalten die Affen jedoch eine Belohnung. Virtuelle Hände sind der Affen-Avatar.
Diese Experimente werden heute im Labor des Neurophysiologen Miguel Nicolelis am Duke University Medical Center durchgeführt. An dem Experiment sind zwei Affen beteiligt – ein Männchen und ein Weibchen. Wissenschaftler haben jedem von ihnen eine Rekordzahl von Mikroelektroden in das Gehirn implantiert, die die elektrische Aktivität von Gehirnneuronen aufzeichnen. In das Gehirn der Frau wurden 768 Elektroden implantiert, des Mannes 384. Das konnte bis vor kurzem noch kein Neurophysiologe der Welt.
Die Mikroelektroden befinden sich auf speziellen Platinen, die in verschiedenen Bereichen der Großhirnrinde des Affen platziert wurden. Jede dieser Mikroelektroden zeichnet elektrische Impulse von umgebenden Neuronen auf. So gelingt es Wissenschaftlern, die Aktivität von mehr als 500 Neuronen in jedem Affen aufzuzeichnen. Gleichzeitig wurde den Affen ein Avatar gezeigt, der Objekte verschiedener Formen manipulieren konnte. Dann begannen sie zu lernen, wie man es mit einem Joystick bedient.
Zum Zeitpunkt dieser Kontrolle zeichneten Wissenschaftler die Aktivität von Neuronen in ihrem Gehirn auf und bauten auf der Grundlage der gewonnenen Daten ein Modell, das es ermöglichte, die Aktivität bestimmter Neuronen mit bestimmten Handbewegungen zu verknüpfen. Gleichzeitig wurden alle diese Experimente bis vor kurzem mit nur einer Hand durchgeführt. Der Übergang zur beidhändigen Steuerung mit Hilfe der Gehirnaktivität ist ein grundlegender Entwicklungsschritt.
Das entwickelte Modell wurde zur Grundlage für die Erstellung einer „Gehirn-Computer“-Schnittstelle, die es ermöglicht, mit nur einem Gedanken auf die Steuerung virtueller Hand-Avatare umzuschalten. Dies bedeutet, dass der Wunsch des Affen, seine Hand nach links oder rechts zu bewegen, von der Aktivität von Schlüsselneuronen im Gehirn begleitet wurde, während das entwickelte Interface an der Umwandlung dieser Aktivität in die gewünschte Bewegung der virtuellen Hand beteiligt war. Um die Aktivität von Neuronen zu entschlüsseln, verwendeten Spezialisten einen Algorithmus, den sie bereits im Rahmen früherer Studien erstellt hatten, die mit einer Hand durchgeführt wurden.
In dem Moment, in dem den Affen der Joystick weggenommen wurde, lernten sie mit Hilfe ihrer Gedanken, die virtuellen Hände auf dem Bildschirm mit Hilfe von beharrlichem Training auf spezielle Ziele zu lenken und diese für einige Zeit auf den Zielen zu halten. Als Ziele wurden verschiedene geometrische Formen verwendet. Bewältigten die Affen die Aufgabe, erhielten sie dafür ein Leckerli. Wissenschaftler haben Makaken auf verschiedene Weise trainiert. Anfangs waren die Hände der Affen frei und sie konnten sie sozusagen zur Selbsthilfe benutzen, indem sie dieselben Bewegungen wie die virtuelle Hand ausführten. In der zweiten Phase waren die Hände der Affen jedoch starr am Stuhl befestigt, sodass nur ihr Gehirn die virtuelle Realität steuern konnte.
Eine weitere interessante Entwicklung ist der künstliche superstarke elastische Muskel, der von einem Team der National University of Singapore (NSU) entwickelt wird. Laut der Hauptentwicklerin dieser Technologie, Adriana Koch, besteht das Hauptziel darin, Muskelgewebe zu schaffen, das natürliche Muster übertrifft. Laut ihr ahmen die Materialien, aus denen ihr künstlicher Muskel besteht, die Aktivität von echtem menschlichem Gewebe nach und sind in der Lage, sofort auf einen eingehenden elektrischen Impuls zu reagieren. Dieser Muskel soll das 80-fache seines Eigengewichts heben können. In naher Zukunft, in 3-5 Jahren, erwarten Experten, diesen Muskel mit einem Roboterarm zu kombinieren, der vom Aussehen her fast nicht von einem echten menschlichen Arm zu unterscheiden ist, aber gleichzeitig 10-mal stärker ist.
Diese Technologie hat auch andere Vorteile. Kontraktionen und Bewegungen künstlicher Muskeln können ein "Nebenprodukt" von Energie erzeugen, das von mechanischer in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Aufgrund der natürlichen Eigenschaften der Materialien, die im künstlichen Muskel verwendet werden, kann er eine ziemlich große Menge an Energie speichern. Dadurch kann ein Roboter, der solche Muskeln erhält, energetisch autonom und unabhängig werden. Das Aufladen dauert nicht länger als eine Minute.
Auch Technologien zur Herstellung künstlicher Augen werden weit entwickelt. Wissenschaftler arbeiten daran, verschiedene Netzhautprothesen herzustellen. Noch mehr Fortschritte wurden bei der Entwicklung von Hörprothesen gemacht. In den USA installieren Patienten seit mehreren Jahren ein System aus Mikrocomputer, Mikrofon und Elektroden, die mit den Hörnerven verbunden sind. Mehr als 200.000 Patienten haben bereits ein solches System installiert, was darauf hindeutet, dass es sich nicht mehr um isolierte Experimente von Wissenschaftlern, sondern um klinische Alltagspraxis handelt.
Die Krone der Schöpfung moderner Wissenschaftler, die die Behauptung demonstrieren, dass wir 60-70% der Funktionen des menschlichen Körpers durch künstliche Implantate ersetzen können, war der weltweit erste Bioroboter "Rex". Bei einem solchen bionischen Menschen sind alle etablierten Organe - von den Augen bis zum Herzen - künstlich. Sie stammen alle von denen, die bereits an echten Patienten installiert oder einer Reihe von Tests unterzogen werden. Dank des vorhandenen Prothesen-Sets hört, sieht, kann und funktioniert "Rex", es ist sogar in der Lage, ein einfaches Gespräch zu führen, da es mit einfacher künstlicher Intelligenz ausgestattet ist.
Gleichzeitig hat ein bionischer Mensch nicht genug von Magen, Lunge und Blase. All diese künstlichen Organe sind jedoch noch nicht erfunden und die Entwicklung eines künstlichen Gehirns ist noch sehr weit entfernt. Gleichzeitig glauben die Entwickler von Rex, dass in naher Zukunft jedes Implantat für Menschen verfügbar sein wird. Wissenschaftler glauben auch, dass eines Tages gesunde Menschen sie verwenden werden, die innere Organe ersetzen, wenn sie sich abnutzen, und dies ist bereits ein direkter Weg zur Unsterblichkeit.
Probleme der Avatar-Technologie
2013 fand in New York regelmäßig eine internationale Konferenz mit dem Titel „Global Future“statt. Auf dieser Konferenz werden traditionell die Ergebnisse der technischen Grundlagenarbeit für das Großprojekt „Avatar“zusammengefasst. Der Leiter dieses Projekts, der russische Unternehmer Dmitry Itskov, setzt sich dafür ein, Investoren auf der ganzen Welt zu gewinnen. Laut Itskov könnte in naher Zukunft ein künstlicher Körper geschaffen werden, der sich in Bezug auf eine Reihe seiner funktionalen Eigenschaften nicht vom Original unterscheidet und ihn mit der Zeit sogar übertreffen kann. Darüber hinaus wird an einer Technologie zur Übertragung der Persönlichkeit einer Person in diesen künstlichen Körper gearbeitet, die eine unbegrenzte Lebensdauer bieten und den Menschen Unsterblichkeit verleihen kann. Sogar das Datum der Umsetzung der ersten Stufe dieses Programms wurde genannt - 2045.
Schon jetzt wird das Avatar-Projekt mit den größten Errungenschaften in der Geschichte der menschlichen Zivilisation verglichen. So zum Beispiel ein Projekt zur Herstellung einer Atombombe, Raumfahrt, Landung auf dem Mond. Gegenwärtig stehen praktisch zwei Elemente dieses Programms zur Verfügung - die exekutiven Mechanismen und das menschliche Gehirn. Das Haupthindernis für die Schaffung einer vollwertigen, funktionierenden biomechanischen Symbiose zwischen ihnen ist das Neurointerface, also das System von Direkt- und Feedback.
Bei der Entwicklung einer solchen Verbindung stellen sich eine Vielzahl von Fragen. Hier nur eine davon: An welche der Milliarden Zellen im motorischen Kortex des menschlichen Gehirns bringt man am besten Elektroden, um beispielsweise eine Beinprothese zu steuern? Wie findet man die notwendigen Zellen, schützt vor diversen Störungen, stellt die erforderliche Genauigkeit sicher, übersetzt die Abfolge der Nervenimpulse der Gehirnzellen in präzise und verständliche Befehle für den künstlichen Mechanismus?
Nach diesen allgemeinen Umsetzungsfragen tauchen auch eine Vielzahl privater Fragen auf. Beispielsweise werden Elektroden, die in das menschliche Gehirn eingeführt werden, schnell mit einer Schicht aus Gliazellen überwuchert. Diese Zellen sind eine Art Schutz für unsere Neuroumgebung, was die Kommunikation mit den implantierten Elektroden erschwert. Gliazellen versuchen, alles zu blockieren, was sie als Fremdkörper wahrnehmen oder wahrnehmen. Derzeit ist die Entwicklung von Antifouling und gleichzeitig ungefährlichen Mikroelektroden noch ein ernsthaftes Problem ohne endgültige Lösung. Experimente in diese Richtung laufen. Wir bieten Elektroden aus Nanoröhren an, Elektroden mit einer speziellen Beschichtung, es ist möglich, elektrische Impulse durch Lichtsignale zu ersetzen (an Tieren getestet), aber es ist zu früh, um eine vollständige Lösung des Problems zu erklären.
