通過模仿昆蟲腦控制機器人——東京大學尖端科學技術研究中心副所長、生命智能系統(tǒng)領域教授神崎亮平率領的研究組正在開展這項研究。
與人等哺乳類動物相比，昆蟲的腦極其簡單。有研究表明，組成人腦的神經細胞有1011個，而昆蟲只有105～106個左右。盡管如此，昆蟲依然具備巧妙躲開障礙物，在發(fā)生危險前面隱蔽自己的能力。而且，對于危險的反應速度比人還要快。在存在外部干擾的情況下，還能對干擾進行修正。也就是說，“只要能夠人工制造出昆蟲的腦，就可以制造出前所未有的節(jié)能、機敏的高性能機器人”（神崎）。
為了了解昆蟲腦，神崎研究組研究的對象，是家蠶蛾對特定的氣味物質（信息素）做出反應并向其移動的神經網絡。
通過神經的可視化制造人工腦
研究大致分為兩個方向。一是解明昆蟲腦的回路結構，制造出人工腦，使用人工腦驅動機器人。二是直接使用昆蟲腦驅動機器人。研究組希望通過二者的比較研究，對人工腦進行修正和拓展，從而提高人工腦的精度。
圖5：對昆蟲腦實施IC化
通過解明家蠶蛾朝信息素發(fā)生源的方向移動的腦結構，制造人工腦，用來驅動機器人。
人工腦的制作方式如下。首先，向昆蟲腦的神經細胞中插入含有熒光色素的玻璃管電極，通入微弱電流，對細胞進行熒光染色，利用共焦激光掃描顯微鏡觀察，測量每個神經細胞的三維結構。然后，根據三維結構，利用單個的神經細胞構建神經回路（網絡），明確家蠶蛾腦神經回路的概要。
為了揭示把氣味物質檢測轉化為運動的神經網絡，研究組還特別調查了昆蟲腦在檢測信息素時把信息傳送到運動系統(tǒng)的方式。結果發(fā)現(xiàn)，運動系統(tǒng)接收到了與觸發(fā)器電路相同的信號（圖6）。而通過對生成信號的神經細胞順藤摸瓜，與信息素檢測到運動全過程相關的神經網絡也水落石出。
圖6：家蠶蛾的運動系統(tǒng)是觸發(fā)器響應
在制作使用昆蟲腦驅動的機器人的過程中，研究組發(fā)現(xiàn)了左右的動作是通過觸發(fā)器響應的方式傳送。動作通過信號的長短表現(xiàn)。（圖：《日經電子》根據東京大學的資料制作）
而且，研究組還利用程序模仿檢測氣味物質并激發(fā)動作的神經網絡，制成了人工腦。
在超級計算機上重現(xiàn)昆蟲腦
直接使用昆蟲腦控制的機器人分為兩種。一種是家蠶蛾利用自己的腿控制的機器人“昆蟲操控機器人”，一種是取下家蠶蛾的頭部，只利用腦的“昆蟲腦操控機器人”。
昆蟲操控機器人是把家蠶蛾放置到可以自由旋轉、類似于乒乓球的球體上，用家蠶蛾進行控制。當家蠶蛾活動腿腳，向目標方向前進的時候，球會隨之運動，此時，傳感器將檢測到動作。根據信號，機器人會做出相應的動作。昆蟲腦操控機器人則是取下家蠶蛾的頭部，通過檢測傳導至運動系統(tǒng)的觸發(fā)器信號，利用這種神經信號驅動機器人。
通過研究利用昆蟲腦的機器人，研究組發(fā)現(xiàn)，即使讓致動器的動作比家蠶蛾的腦做出反應延時約600ms，或是沿左右方向做不對稱動作，家蠶蛾的腦也能對這些外部干擾進行糾正。
神崎研究組認為，通過對比使用人工腦和昆蟲腦的機器人并不斷改進，能夠制造出抗干擾能力強的機器人?，F(xiàn)在，利用超級計算機“京”重現(xiàn)家蠶蛾更詳細的神經回路，實施模擬其功能的研究也在進行中。如果這項研究取得成功，人們將有可能對基于腦設計圖的神經回路功能進行檢驗和預測，制造出更接近昆蟲腦的人工腦。
考察蟋蟀的回避能力
神崎也與日產汽車開展了合作研究。研究的內容是具備蜂類和蟋蟀的回避能力的機器人。
其中，日產汽車對蟋蟀的回避能力寄予了強烈關注。因為當接近的移動體和障礙物不止一個時，蟋蟀能夠為其排定優(yōu)先順序，有效進行回避。與之相比，EPORO只能避開近處的障礙物，無法像蟋蟀那樣排序。
神崎表示，在為機器人賦予蟋蟀的回避能力后，機器人在模擬中，依次避開了16個移動體。實際試制的機器人也成功避開了多個移動體。
