دانشمندان EPFL با همکاری محققان گوگل، اولین دوقلوی دیجیتال واقعگرایانه از مگس میوه را با نام NeuroMechFly ساختهاند؛ گامی بزرگ در مسیر درک رفتار جانوران و طراحی رباتهای زیستی.
مگس میوهای که در دنیای دیجیتال زنده شد
دانشمندان EPFL (مدرسه پلیتکنیک فدرال لوزان) موفق به ساخت یک مدل دیجیتالی پیشرفته از مگس میوه (Drosophila melanogaster) شدهاند که حرکات جانور واقعی را بهدقت شبیهسازی میکند. این مدل با نام NeuroMechFly، گامی بزرگ در مسیر «مهندسی معکوس کنترل عصبی-مکانیکی رفتار حیوانات» و ساخت رباتهای الهامگرفته از موجودات زنده است.
چگونه این مگس دیجیتال ساخته شد؟
پروفسور پوان رامدیا از EPFL میگوید: «برای ساخت NeuroMechFly از دو نوع داده استفاده کردیم: اول، از یک مگس واقعی سیتیاسکن گرفتیم تا اسکلت بیومکانیکی واقعگرایانهاش را بسازیم. دوم، حرکات واقعی پاهای مگس را با نرمافزار تخمین حالت (Pose Estimation) ثبت کردیم که در سالهای اخیر توسعه دادیم.» این پروژه با همکاری آزمایشگاه بیورباتیک EPFL و تیم پروفسور آوکه ایژپرت انجام شده است.
نقطه اوج سالها پژوهش
NeuroMechFly حاصل سالها تحقیق است. در سال ۲۰۱۹ تیم رامدیا نرمافزار DeepFly3D را معرفی کرد؛ ابزاری مبتنی بر یادگیری عمیق که با چند دوربین حرکات سهبعدی مگس را ضبط میکرد. سپس در سال ۲۰۲۱، آنها LiftPose3D را منتشر کردند؛ روشی برای بازسازی حالات سهبعدی حیوان از تصاویر دوبعدی. تمام این دستاوردها زمینهساز ساخت مدل واقعگرایانه NeuroMechFly شدند که اجزای مختلف بدن مگس از جمله سر، پاها، بالها، شاخکها، شکم و حتی حسگرهای پرواز (halteres) را به همراه شبکه عصبی حرکتی شبیهسازی میکند.
چرا باید یک مگس دیجیتال بسازیم؟
رامدیا توضیح میدهد: «یکی از راههای درک یک سیستم این است که بتوانیم آن را بازسازی کنیم. ساخت یک مگس رباتیک سخت است، اما ساخت یک مگس شبیهسازیشده آسانتر و سریعتر است. هدف این پروژه این بود که بررسی کنیم آیا میتوان با مدلسازی سیستم عصبی و بیومکانیکی، رفتار مگس را توضیح داد؟»
سکوی آزمایش برای علم و رباتیک
NeuroMechFly فقط یک مدل نیست، بلکه یک سکوی آزمایشی برای بررسی چگونگی شکلگیری رفتارها از تعامل میان بدن و محیط است.دانشمندان رفتارهای واقعی مگس، مانند راه رفتن و تمیز کردن بدن را ثبت کرده و آنها را در محیط شبیهسازی بازپخش کردند. نتیجه؟ مدل میتواند پارامترهایی مانند گشتاور پاها و نیروهای تماس با زمین را پیشبینی کند ، اطلاعاتی که بهسختی در مگس واقعی قابلاندازهگیری هستند. این مدل حتی به یافتن تنظیمات بهینه برای شبکه عصبی و عضلات مگس کمک میکند تا تعادلی بین سرعت و پایداری در حرکت ایجاد شود.
یک پروژه متنباز برای جامعه علمی
یکی از نقاط قوت NeuroMechFly این است که کاملاً متنباز و رایگان در اختیار پژوهشگران قرار گرفته است. رامدیا میگوید: «ما این ابزار را نه فقط برای خودمان، بلکه برای جامعه علمی ساختیم. بنابراین متنباز و ماژولار طراحیاش کردیم و دستورالعملهای لازم را هم ارائه دادیم.» او ادامه میدهد: «مدل ما نشان داد که میتوان مدلسازی را بهطور مستقیم با دادههای واقعی همگام کرد. این یک گام بزرگ در درک رفتار حیوانات و توسعه رباتهای هوشمند محسوب میشود.»
سخن پایانی
پروژه NeuroMechFly نمونهای الهامبخش از ترکیب هوش مصنوعی، بیومکانیک و علوم اعصاب است. با تبدیل یک مگس ساده به مدلی دقیق و شبیهسازیشده، محققان توانستهاند راه را برای درک بهتر رفتارهای زیستی و طراحی رباتهای الهامگرفته از طبیعت هموار کنند.
اسمارت الکتریا با تمرکز بر اخبار تخصصی مهندسی برق، اتوماسیون صنعتی، هوش مصنوعی و فناوریهای نوین، تلاش میکند مرجعی مفید، بهروز و قابلاعتماد برای دانشجویان و مهندسان باشد. برای مشاهدهی تازهترین اخبار علمی و تکنولوژیکی، به بخش اخبار فناوری در سایت Smart Electria مراجعه کنید.
