Neurorobotics
ન્યુરોરોબોટિક્સ એ ન્યુરોસાયન્સ, રોબોટિક્સ અને આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સનો સંયુક્ત અભ્યાસ છે. તે મૂર્ત સ્વાયત્ત ચેતા પ્રણાલીઓનું વિજ્ઞાન અને ટેકનોલોજી છે. ન્યુરલ સિસ્ટમોમાં મગજ-પ્રેરિત અલ્ગોરિધમ્સનો સમાવેશ થાય છે (દા. ત. કનેક્શનિસ્ટ નેટવર્ક્સ), જૈવિક ન્યુરલ નેટવર્ક્સના કોમ્પ્યુટેશનલ મોડેલ્સ (દા. ત. કૃત્રિમ સ્પાઇકિંગ ન્યુરલ નેટવર્ક્સ, ન્યુરલ માઇક્રો સર્કિટ્સનું મોટા પાયે સિમ્યુલેશન) અને વાસ્તવિક જૈવિક પ્રણાલીઓ (દા. ત. વિવો અને ઈન વિટ્રો ન્યુરલ નેટ્સમાં). આવી ચેતા પ્રણાલીઓને મિકેનિક અથવા શારીરિક સક્રિયતાના અન્ય કોઈપણ સ્વરૂપો સાથે મશીનોમાં અંકિત કરી શકાય છે. આમાં રોબોટ્સ, કૃત્રિમ અથવા પહેરવાલાયક પ્રણાલીઓનો સમાવેશ થાય છે, પરંતુ નાના પાયે, સૂક્ષ્મ મશીનો અને મોટા પાયે, ફર્નિચર અને માળખાગત સુવિધાઓનો પણ સમાવેશ થાય છે. ન્યુરોરોબોટિક્સ એ રોબોટિક્સ સાથે ન્યુરોસાયન્સની તે શાખા છે, જે મગજ-પ્રેરિત અલ્ગોરિધમ્સ જેવી મૂર્ત સ્વાયત્ત ન્યુરલ સિસ્ટમ્સના વિજ્ઞાન અને તકનીકીના અભ્યાસ અને ઉપયોગ સાથે કામ કરે છે. તે એ વિચાર પર આધારિત છે કે મગજ અંકિત છે અને શરીર પર્યાવરણમાં સમાયેલું છે. તેથી, મોટાભાગના ન્યુરોરોબોટ્સ સિમ્યુલેટેડ વાતાવરણની વિરુદ્ધ વાસ્તવિક દુનિયામાં કાર્ય કરવા માટે જરૂરી છે. રોબોટ્સ માટે મગજ-પ્રેરિત અલ્ગોરિધમ્સ ઉપરાંત ન્યુરોરોબોટિક્સમાં મગજ-નિયંત્રિત રોબોટ સિસ્ટમોની રચના પણ સામેલ હોઈ શકે છે. ન્યુરોરોબોટ્સ મોડેલોના મુખ્ય વર્ગોને રોબોટના હેતુના આધારે વિવિધ મુખ્ય વર્ગોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. દરેક વર્ગ અભ્યાસ માટે રસની ચોક્કસ પદ્ધતિનો અમલ કરવા માટે રચાયેલ છે. ચેતાકોષોના સામાન્ય પ્રકારો એ છે કે જેનો ઉપયોગ મોટર નિયંત્રણ, યાદશક્તિ, ક્રિયા પસંદગી અને દ્રષ્ટિનો અભ્યાસ કરવા માટે થાય છે. લોકોમોશન અને મોટર નિયંત્રણ ન્યુરોરોબોટ્સનો ઉપયોગ ઘણીવાર મોટર પ્રતિસાદ અને નિયંત્રણ પ્રણાલીઓનો અભ્યાસ કરવા માટે થાય છે, અને રોબોટ્સ માટે નિયંત્રકો વિકસાવવામાં તેમની યોગ્યતા સાબિત કરી છે. લોકોમોશન મોટર પ્રણાલીઓની ક્રિયા પર સંખ્યાબંધ ન્યુરોલોજીકલ પ્રેરિત સિદ્ધાંતો દ્વારા તૈયાર કરવામાં આવે છે. લોકોમોશન નિયંત્રણની નકલ મોડેલ અથવા કેન્દ્રીય પેટર્ન જનરેટર, પુનરાવર્તિત વર્તન ચલાવવા માટે સક્ષમ ચેતાકોષોના ઝુંડનો ઉપયોગ કરીને ચાર પગવાળા ચાલતા રોબોટ્સ બનાવવા માટે કરવામાં આવી છે. અન્ય જૂથોએ પ્રાથમિક નિયંત્રણ પ્રણાલીઓને સરળ સ્વાયત્ત પ્રણાલીઓના અધિક્રમિક સમૂહમાં જોડવાના વિચારને વિસ્તૃત કર્યો છે. આ પ્રણાલીઓ આ પ્રાથમિક ઉપગણોના સંયોજનમાંથી જટિલ હલનચલનની રચના કરી શકે છે. મોટર ક્રિયાના આ સિદ્ધાંત કોર્ટિકલ સ્તંભોના સંગઠન પર આધારિત છે, જે ક્રમશઃ સરળ સંવેદનાત્મક ઇનપુટથી જટિલ સંલગ્ન સંકેતોમાં અથવા જટિલ મોટર પ્રોગ્રામ્સથી દરેક સ્નાયુ તંતુ માટે સરળ નિયંત્રણોમાં એકીકૃત થાય છે, જે સમાન અધિક્રમિક માળખું બનાવે છે. મોટર નિયંત્રણ માટેની બીજી પદ્ધતિ સિમ્યુલેટેડ સ્નાયુ મેમરીની રચના કરવા માટે શીખી ભૂલ સુધારણા અને આગાહીયુક્ત નિયંત્રણોનો ઉપયોગ કરે છે. આ મોડેલમાં, સમય જતાં સરળ અને સચોટ હિલચાલ પેદા કરવા માટે ભૂલ પ્રતિસાદનો ઉપયોગ કરવા માટે અણઘડ, અવ્યવસ્થિત અને ભૂલ-સંભવિત હિલચાલને સુધારવામાં આવે છે. નિયંત્રક ભૂલની આગાહી કરીને સાચો નિયંત્રણ સંકેત બનાવવાનું શીખે છે. આ વિચારોનો ઉપયોગ કરીને, રોબોટ્સની રચના કરવામાં આવી છે જે હાથની અનુકૂલનશીલ હિલચાલ ઉત્પન્ન કરવાનું અથવા અભ્યાસક્રમમાં અવરોધો ટાળવાનું શીખી શકે છે. શીખવાની અને સ્મૃતિ પ્રણાલીઓ રોબોટ્સ પ્રાણી સ્મૃતિ પ્રણાલીઓના સિદ્ધાંતોને ચકાસવા માટે રચાયેલ છે. ઘણા અભ્યાસો ઉંદરોની યાદશક્તિ પ્રણાલીની તપાસ કરે છે, ખાસ કરીને ઉંદરના હિપ્પોકેમ્પસ, જે સ્થળ કોષો સાથે કામ કરે છે, જે ચોક્કસ સ્થાન માટે કામ કરે છે જે જાણવા મળ્યું છે. ઉંદર હિપ્પોકેમ્પસ પછી રચાયેલી પ્રણાલીઓ સામાન્ય રીતે પર્યાવરણના માનસિક નકશા શીખવા માટે સક્ષમ હોય છે, જેમાં સીમાચિહ્નોને ઓળખવા અને તેમની સાથે વર્તણૂકોને જોડવાનો સમાવેશ થાય છે, જેનાથી તેઓ આગામી અવરોધો અને સીમાચિહ્નોની આગાહી કરી શકે છે. અન્ય એક અભ્યાસમાં મુખ્યત્વે શ્રાવ્ય, પણ દ્રશ્ય ઉત્તેજના પર આધારિત અભિગમ અને સ્થાનિકીકરણ માટે કોઠાર ઘુવડના સૂચિત શિક્ષણના નમૂનાના આધારે એક રોબોટ તૈયાર કરવામાં આવ્યો છે. પૂર્વધારણા પદ્ધતિમાં સિનેપ્ટિક પ્લાસ્ટિસિટી અને ન્યુરોમોડ્યુલેશનનો સમાવેશ થાય છે, જે મોટે ભાગે રાસાયણિક અસર છે જેમાં ડોપામાઇન અથવા સેરોટોનિન જેવા પુરસ્કાર ચેતાપ્રેષકો ચેતાકોષની તીક્ષ્ણ થવાની સંવેદનશીલતાને અસર કરે છે. અભ્યાસમાં વપરાયેલ રોબોટ કોઠાર ઘુવડની વર્તણૂક સાથે પર્યાપ્ત રીતે મેળ ખાય છે. વધુમાં, મોટર આઉટપુટ અને શ્રાવ્ય પ્રતિસાદ વચ્ચેની નજીકની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા શીખવાની પ્રક્રિયામાં મહત્વપૂર્ણ સાબિત થઈ છે, જે ઘણા શીખવાના નમૂનાઓમાં સામેલ સક્રિય સંવેદના સિદ્ધાંતોને ટેકો આપે છે. આ અભ્યાસોમાં ન્યુરોરોબોટ્સને શીખવા માટે સરળ મેઝ અથવા પેટર્ન સાથે રજૂ કરવામાં આવે છે. ન્યુરોરોબોટને રજૂ કરવામાં આવેલી કેટલીક સમસ્યાઓમાં પ્રતીકો, રંગો અથવા અન્ય પેટર્નની ઓળખ અને પેટર્નના આધારે સરળ ક્રિયાઓ અમલમાં મૂકવાનો સમાવેશ થાય છે. કોઠાર ઘુવડના અનુકરણના કિસ્સામાં, રોબોટે તેના વાતાવરણમાં નેવિગેટ કરવા માટે તેનું સ્થાન અને દિશા નક્કી કરવી પડતી હતી. ક્રિયા પસંદગી અને મૂલ્ય પ્રણાલીઓ ક્રિયા પસંદગી અભ્યાસો ક્રિયા અને તેના પરિણામના નકારાત્મક અથવા સકારાત્મક ભાર સાથે વ્યવહાર કરે છે. ન્યુરોરોબોટ્સનો ઉપયોગ સરળ નૈતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે થઈ શકે છે અને થઈ શકે છે, જેમ કે શાસ્ત્રીય વિચાર પ્રયોગ જ્યાં જીવન તરાપો પકડી શકે તેના કરતા વધુ લોકો હોય છે, અને બાકીનાને બચાવવા માટે કોઈએ હોડી છોડવી પડે છે. જો કે, ક્રિયા પસંદગીના અભ્યાસમાં ઉપયોગમાં લેવાતા વધુ ન્યુરોરોબોટ્સ સ્વ-જાળવણી અથવા અભ્યાસમાં રોબોટ્સની વસ્તીને ટકાવી રાખવા જેવા વધુ સરળ સમજાવટ સાથે સંઘર્ષ કરે છે. આ ન્યુરોરોબોટ્સ હકારાત્મક પરિણામો સાથે સર્કિટ્સને પ્રોત્સાહિત કરવા માટે સિનેપ્સના ન્યુરોમોડ્યુલેશન પછી તૈયાર કરવામાં આવે છે. જૈવિક પ્રણાલીઓમાં, ડોપામાઇન અથવા એસિટિલકોલાઇન જેવા ચેતાપ્રેષકો ચેતાતંત્ર સંકેતોને હકારાત્મક રીતે મજબૂત કરે છે જે ફાયદાકારક છે. આવી ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના એક અભ્યાસમાં રોબોટ ડાર્વિન VII સામેલ હતો, જેણે વાહક ધાતુના બ્લોકને "ખાવા" માટે દ્રશ્ય, શ્રાવ્ય અને સિમ્યુલેટેડ સ્વાદ ઇનપુટનો ઉપયોગ કર્યો હતો. મનસ્વી રીતે પસંદ કરેલા સારા બ્લોક પર પટ્ટાવાળી પેટર્ન હતી જ્યારે ખરાબ બ્લોક પર ગોળાકાર આકાર હતો. સ્વાદની ભાવના બ્લોકની વાહકતા દ્વારા અનુકરણ કરવામાં આવી હતી. રોબોટની વાહકતાના સ્તરના આધારે તેના સ્વાદને હકારાત્મક અને નકારાત્મક પ્રતિસાદ મળ્યો હતો. સંશોધકોએ રોબોટનું નિરીક્ષણ કર્યું હતું કે તે તેની પાસેના ઇનપુટ્સના આધારે તેની ક્રિયા પસંદગી વર્તણૂકો કેવી રીતે શીખી. અન્ય અભ્યાસોમાં નાના રોબોટ્સના ટોળાનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે જે ઓરડામાં ફેલાયેલી બેટરીઓ પર ખોરાક લે છે અને તેના તારણોને અન્ય રોબોટ્સ સાથે વાતચીત કરે છે. સંવેદનાત્મક પ્રત્યક્ષીકરણ ન્યુરોરોબોટ્સનો ઉપયોગ સંવેદનાત્મક પ્રત્યક્ષીકરણ, ખાસ કરીને દ્રષ્ટિનો અભ્યાસ કરવા માટે પણ કરવામાં આવે છે. આ મુખ્યત્વે એવી પ્રણાલીઓ છે જે ઓટોમેટામાં સંવેદનાત્મક માર્ગોના ન્યુરલ મોડેલ્સને એમ્બેડ કરવાથી પરિણમે છે. આ અભિગમ વર્તન દરમિયાન થતા સંવેદનાત્મક સંકેતોને સંપર્ક આપે છે અને ન્યુરલ મોડેલની મજબૂતાઈના પ્રમાણનું વધુ વાસ્તવિક મૂલ્યાંકન પણ સક્ષમ કરે છે. તે સારી રીતે જાણીતું છે કે મોટર પ્રવૃત્તિ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા સંવેદનાત્મક સંકેતોમાં ફેરફારો ઉપયોગી સમજશક્તિના સંકેતો પૂરા પાડે છે જેનો ઉપયોગ સજીવો દ્વારા વ્યાપકપણે થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સંશોધકોએ દ્રશ્ય દ્રશ્યની મજબૂત રજૂઆત સ્થાપિત કરવા માટે માનવ માથા અને આંખની હિલચાલની પ્રતિકૃતિ દરમિયાન ઉભરી આવતી ઊંડાઈની માહિતીનો ઉપયોગ કર્યો છે. જૈવિક રોબોટ્સ જૈવિક રોબોટ્સ સત્તાવાર રીતે ન્યુરોરોબોટ્સ નથી કારણ કે તેઓ ન્યુરોલોજીકલ પ્રેરિત AI સિસ્ટમો નથી, પરંતુ વાસ્તવિક ચેતાકોષ પેશીઓ રોબોટ સાથે જોડાયેલી છે. આ મગજના વિકાસ અથવા ચેતા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે સુસંસ્કૃત ચેતા નેટવર્કનો ઉપયોગ કરે છે. તેમાં સામાન્ય રીતે મલ્ટીઇલેક્ટ્રોડ એરે (એમઇએ) પર ઊભા થયેલા ન્યુરલ કલ્ચરનો સમાવેશ થાય છે, જે ન્યુરલ પ્રવૃત્તિને રેકોર્ડ કરવા અને પેશીઓને ઉત્તેજીત કરવા બંને માટે સક્ષમ છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, MEA કમ્પ્યુટર સાથે જોડાયેલું હોય છે જે મગજની પેશીઓને સિમ્યુલેટેડ વાતાવરણ રજૂ કરે છે અને મગજની પ્રવૃત્તિને સિમ્યુલેશનમાં ક્રિયાઓમાં અનુવાદિત કરે છે, તેમજ સંવેદનાત્મક પ્રતિસાદ પ્રદાન કરે છે ન્યુરલ પ્રવૃત્તિને રેકોર્ડ કરવાની ક્ષમતા સંશોધકોને મગજમાં એક વિંડો આપે છે, જેનો ઉપયોગ તેઓ ન્યુરોરોબોટ્સ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સમાન મુદ્દાઓ વિશે જાણવા માટે કરી શકે છે. જૈવિક રોબોટ્સ સાથે ચિંતાનું એક ક્ષેત્ર નૈતિકતા છે. આવા પ્રયોગોની સારવાર કેવી રીતે કરવી તે અંગે ઘણા પ્રશ્નો ઉભા થાય છે. કેન્દ્રિય પ્રશ્ન ચેતનાની ચિંતા કરે છે અને ઉંદરનું મગજ તેનો અનુભવ કરે છે કે નહીં. ચેતનાને કેવી રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવી તે અંગે ઘણા સિદ્ધાંતો છે. ન્યુરોસાયન્સની અસરો ન્યુરોસાયન્ટિસ્ટ્સને ન્યુરોરોબોટિક્સથી ફાયદો થાય છે કારણ કે તે નિયંત્રિત અને પરીક્ષણક્ષમ વાતાવરણમાં મગજના કાર્યની વિવિધ સંભવિત પદ્ધતિઓનું પરીક્ષણ કરવા માટે ખાલી સ્લેટ પ્રદાન કરે છે. જ્યારે રોબોટ્સ તેઓ જે પ્રણાલીઓનું અનુકરણ કરે છે તેના વધુ સરળ સંસ્કરણો છે, તેઓ વધુ ચોક્કસ છે, જે હાથમાં સમસ્યાનું વધુ સીધું પરીક્ષણ કરવાની મંજૂરી આપે છે. તેમને દરેક સમયે સુલભ રહેવાનો ફાયદો પણ છે, જ્યારે માનવ અથવા પ્રાણી સક્રિય હોય ત્યારે મગજના મોટા ભાગનું નિરીક્ષણ કરવું વધુ મુશ્કેલ છે, ખાસ કરીને વ્યક્તિગત ચેતાકોષો. ન્યુરોસાયન્સના વિકાસથી ન્યુરલ સારવાર ઉત્પન્ન થઈ છે. તેમાં ફાર્માસ્યુટિકલ્સ અને ન્યુરલ રીહેબીલીટેશનનો સમાવેશ થાય છે. પ્રગતિ મગજની જટિલ સમજણ અને તે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તેના પર આધારિત છે. કરોડરજ્જુની શસ્ત્રક્રિયા સાથે સંકળાયેલા જોખમને કારણે મગજનો અભ્યાસ કરવો મુશ્કેલ છે, ખાસ કરીને મનુષ્યમાં. ન્યુરોરોબોટ્સ પરીક્ષણો અને પ્રયોગોની શ્રેણીમાં સુધારો કરી શકે છે જે ચેતા પ્રક્રિયાઓના અભ્યાસમાં કરી શકાય છે. બ્રેઇન-કમ્પ્યુટર ઇન્ટરફેસ એક્સપિરિયન્સ મશીન ન્યુરોમોર્ફિક એન્જિનિયરિંગ વાયરહેડ (વિજ્ઞાન સાહિત્ય) સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ ન્યુરોરોબોટિક્સ ઓન સ્કોલરપીડિયા (જેફ ક્રિચમાર (2008), સ્કોલરપીડિયા, 3 (3): 1365) એક પ્રયોગશાળા જે નોર્થવેસ્ટર્ન યુનિવર્સિટી ખાતે ન્યુરોરોબોટિક્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. ન્યુરોરોબોટિક્સમાં સરહદો. ન્યુરોરોબોટિક્સઃ ફ્રેડરિક કેપલાન ન્યુરોરોબોટિક્સ લેબ, કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સ લેબ, એન. ટી. યુ. એન. ઓફ એથેન્સ દ્વારા મૂર્ત સ્વરૂપનું પ્રાયોગિક વિજ્ઞાન (પ્રો. કોસ્ટાસ જે. કિરિયાકોપોલોસ) હ્યુમન બ્રેઇન પ્રોજેક્ટમાં ન્યુરોરોબોટિક્સ આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ ન્યુરોસાયન્સ રોબોટિક્સની આંતરશાખાકીય શાખાઓ