Robot à cerveau de rat

Le tout nouveau robot de Steve Potter n'atteindrait probablement jamais le deuxième tour de Robots de combat . De la taille d'une tasse à café, le robot cylindrique glisse sur un parc rond de la taille d'un mètre sur un chemin apparemment chaotique. Mais ce robot est un penseur, pas un combattant, et il réfléchit avec un réseau de neurones provenant d'embryons de rats qui réside à quelques mètres de distance sur une puce de silicium activée par électrode.

L'appareil, que Potter appelle un hybrot, est essentiellement un robot contrôlé par un rat et marque le premier cas dans lequel des neurones cultivés ont été utilisés pour contrôler un mécanisme robotique. Et tandis que les mouvements de l'hybrot peuvent sembler moins que gracieux, les connaissances acquises pourraient conduire à des puces informatiques modélisées sur des systèmes biologiques - et peut-être même à des ordinateurs qui incorporent des composants biologiques. De tels ordinateurs pourraient un jour apprendre, se réparer et effectuer certaines tâches, telles que la dictée, pour lesquelles les systèmes binaires sont misérables. Je parie toute ma carrière sur le fait qu'il existe un monde de propriétés émergentes dans ces réseaux de neurones dont nous ne savons rien, explique Potter, professeur de génie biomédical au Georgia Institute of Technology.

Dans son expérience, Potter place une goutte de solution contenant des milliers de cellules de neurones de rat sur une puce en silicium incrustée de 60 électrodes connectées à un amplificateur. Les signaux électriques que les cellules tirent les unes sur les autres sont captés par les électrodes qui envoient ensuite le signal amplifié à un ordinateur. L'ordinateur, à son tour, relaie sans fil les données au robot.

Le robot manifeste ensuite cette activité neuronale avec un mouvement physique, chacun de ses mouvements étant le résultat direct des neurones qui parlent aux neurones. Et le robot renvoie également des informations aux cellules. Équipé de capteurs de lumière, le robot reçoit des informations sur son emplacement dans le parc à partir de signaux infrarouges bordant les bords.

Ces données de proximité sont renvoyées via l'ordinateur et dans les cellules sous forme d'impulsions électriques. D'un côté, nous enregistrons l'activité des cellules et les utilisons pour contrôler les moteurs du robot, et de l'autre, nous prenons les informations sensorielles du robot et les traduisons en stimuli pour les cellules de la parabole, explique Potter. L'ensemble de cette boucle de rétroaction prend moins d'un dixième de seconde. Fondamentalement, nous avons pris ces cellules dans un plat et leur avons rendu un corps.

Potter enregistre les modèles de signalisation neuronale sur de longues périodes de temps avec une caméra haute vitesse. Il cherche des preuves que les cellules apprennent de la rétroaction, et il a observé que certains stimuli provoquent en fait des changements dans les cellules du cerveau qui durent plusieurs jours. Le cerveau est définitivement en train de se développer, dit-il.

Selon Rolf Pfeifer, professeur d'informatique à l'Université de Zurich, en Suisse, ce travail peut avoir des implications pour la construction de systèmes informatiques d'auto-guérison. Le substrat neuronal a cette capacité d'auto-réparation et une énorme plasticité qui fait encore défaut dans les systèmes technologiques standard, explique Pfeifer. Je peux donc imaginer que lorsque vous avez des applications informatiques où certains aspects nécessitent vraiment un comportement adaptatif, vous pourrez peut-être combiner des substrats biologiques avec une technologie standard.

Actuellement, Steven DeWeerth, professeur de génie électrique à Georgia Tech, utilise les découvertes de Potter pour construire de véritables circuits en silicium, bien que ce travail soit encore préliminaire. Potter peut voir que les connaissances acquises grâce à cette recherche conduisent également à des percées dans les puces sans horloge ou asynchrones qui ne fonctionnent pas selon le rythme métronomique d'une horloge interne.

Pour l'instant, Potter étudie toujours la relation symbiotique entre ses cellules cultivées et l'hybrot. Il ne faudra peut-être pas longtemps avant que ces réseaux vivants commencent à déboucher sur des idées que les concepteurs d'ordinateurs ne pourront pas ignorer.

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