В ходе реализации научной программы Национального центра физики и математики (НЦФМ) по направлению «Искусственный интеллект и большие данные в технических, промышленных, природных и социальных системах» в учебном дизайн-центре электроники Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (ННГУ, входит в научную кооперацию НЦФМ) создана система нейроуправления робототехническими комплексами на основе мемристоров (полупроводников).
Помимо учёных ННГУ в проекте принимают участие специалисты Института измерительных систем им. Ю.Е. Седакова, Научно-исследовательской лаборатории стохастических мультистабильных систем Национального образовательного центра «Физика твердотельных наноструктур», студенты и аспиранты физического факультета ННГУ.
В междисциплинарной кооперации учёные создали макет такой системы, где оператор управляет движениями робота с помощью моторного воображения. Сигналы мозга считываются классическим ЭЭГ-шлемом и поступают по вайфай на плату с мемристорным чипом, на котором команда обрабатывается и передаётся роботу. Оператор в процессе может скорректировать свою команду, например, изменить направление движения робота.
«Сначала он учится представлять различные действия, при этом сигналы мозга фиксируют и анализируют. Зарегистрированные сигналы мозга поступают для анализа в систему нейроуправления – блок с мемристорным чипом, который может располагаться как на операторе, так и на самом роботе или протезе», – рассказала соавтор разработки, лауреат премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых учёных, профессор кафедры нейротехнологий ННГУ Сусанна Гордлеева.
«Чем сложнее действие, тем больше сигналов мозга необходимо зарегистрировать и обработать. Благодаря компактному размеру и быстродействию мемристоров для этого не понадобятся дополнительные компьютерные мощности. Нейросигналы можно будет обрабатывать на миниатюрных мобильных вычислителях и передавать их на систему управления с помощью беспроводной связи. Новая электронная компонентная база позволит снизить энергопотребление, а значит, уменьшить вес и размер устройства», – рассказал соавтор разработки, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории мемристорной наноэлектроники ННГУ Сергей Щаников.
«Исследования по нейроуправлению роботехническими комплексами в Университете Лобачевского развиваются уже более 10 лет. Но наша разработка – новый шаг в этом направлении. Мемристоры были использованы в нейроуправлении впервые в России. Важно, что вся электроника, которую мы используем, – это отечественные продукты и технологии», – сообщил заведующий научно-исследовательской лабораторией мемристорной наноэлектроники ННГУ Алексей Михайлов.
Разработка создаёт необходимый задел для новых продукто-ориентированных проектов в процессе реализации научной программы НЦФМ и программы «Приоритет-2030». Ожидается, что при переходе к серийному производству устройство сможет найти применение в робототехнике и медицинских протезах: усовершенствовать взаимодействие пациентов с инвалидными колясками, протезами, экзоскелетами и другими устройствами, управляемыми «силой мысли».