Le projet de vie numérique dans la terre errante est-il lancé ? DeepMind crée des mouches des fruits dans les ordinateurs, internautes : peut-il créer des humains ?

"Interrogez Tu Hengyu, comprenez Tu Hengyu et devenez Tu Hengyu."

Dans "The Wandering Earth 2", Tu Hengyu d'Andy Lau est un personnage impressionnant. Afin de permettre à sa fille décédée dans un accident de voiture d'avoir une « vie complète », il a ignoré l'interdiction du monde humain sur le « Projet de vie numérique » et a travaillé secrètement seul pour améliorer la structure de la vie numérique, et a finalement décidé de violer ouvertement les règles et télécharger les données de sa fille sur des ordinateurs quantiques, et a ensuite été emprisonné pour cela. 2 La carte numérique de la vie dans le film "Wandering Earth 2".

Après la sortie du film, le thème de la « vie numérique » a été beaucoup abordé.

Récemment, ce sujet a été à nouveau évoqué car de nombreuses personnes qui ont perdu des parents et des amis tentent d'utiliser la technologie de l'IA pour « ressusciter » le défunt et produire une série de vidéos virtuelles contenant l'image du défunt. Un commentaire « Interrogez Tu Hengyu, comprenez Tu Hengyu et devenez Tu Hengyu » a été aimé des dizaines de milliers de fois.

Cependant, la plupart de ces vidéos ne sont pas interactives. Selon la technologie actuelle, même si la fonction interactive est configurée, la personne à l'écran apparaîtra fausse car elle viole certaines intuitions physiques. Après tout, comprendre le monde physique, bouger et penser selon les lois du monde physique reste un problème non résolu. Même le modèle de génération vidéo Sora, récemment populaire, est considéré comme incapable de le faire.

De plus, une « vie numérique » qui peut vraiment ressembler à la réalité est considérée comme ayant une conscience autonome. Il n’existe pas de consensus au sein de la communauté scientifique sur ce qu’est la conscience et comment elle est construite. La véritable « vie numérique » est donc encore loin de nous.

Cependant, les scientifiques en intelligence artificielle et les neuroscientifiques unissent leurs forces pour travailler dans ce sens.

Neuroscience + Intelligence Artificielle : Créez une mouche des fruits réaliste dans l'ordinateur

Il s'agit d'une mouche des fruits virtuelle développée conjointement par Google DeepMind et le Janelia Research Park aux États-Unis (un institut de recherche en neurosciences créé par le Howard Hughes Medical Institute). Elle peut marcher et voler comme une vraie mouche des fruits.

^{Cette vidéo montre que la mouche des fruits virtuelle reproduit le mouvement de vol d'une vraie mouche des fruits (tournage spontané), exécutant des commandes pour marcher à une vitesse de 2 cm/seconde tout en tournant à gauche et à droite. Le modèle imite également la trajectoire de marche d'une vraie mouche des fruits, notamment en marchant à différentes vitesses, en tournant et en s'arrêtant brièvement.}

En même temps, c'est aussi la simulation de mouche des fruits la plus réaliste à ce jour, combinant un nouveau modèle anatomiquement précis, un simulateur physique rapide et un réseau neuronal artificiel formé sur le comportement des mouches des fruits pour imiter le comportement des véritable action des mouches à fruits.

En plus de marcher et de voler sur des trajectoires complexes, la mouche des fruits virtuelle peut également contrôler et guider son vol avec ses yeux.

"Vous prenez de vraies données sur les mouches des fruits - comment elles volent, comment elles marchent - entraînez le réseau à imiter ces actions, puis laissez ce réseau formé contrôler la mouche des fruits et lui dire comment se déplacer", a déclaré Roman Vaxenburg, chercheur en apprentissage automatique au laboratoire de Janelia Turaga qui a dirigé le projet. "C'est comme un petit cerveau qui contrôle les mouvements de la mouche", a-t-il expliqué.

Le nouveau modèle est la première itération de la mouche virtuelle des fruits de l'équipe, et ils prévoient de la rendre plus réaliste en utilisant davantage de fonctionnalités anatomiques et sensorielles ainsi que de véritables réseaux de neurones. C'est également le premier d'une série de modèles animaux réalistes qu'ils espèrent réaliser. Eux et d’autres chercheurs peuvent désormais exploiter ce cadre open source commun pour développer ces modèles.

Ces modèles peuvent aider les scientifiques à mieux comprendre comment le système nerveux, le corps et l'environnement travaillent ensemble pour contrôler le comportement. Les chercheurs explorent ces questions en laboratoire depuis des décennies avec de vrais animaux, et des modèles virtuels réalistes permettront aux scientifiques de comprendre comment tous ces composants sont connectés les uns aux autres, ainsi que les facteurs qui ne peuvent pas être mesurés en laboratoire, tels que la façon dont les forces exercées sur le corps pendant le vol affecte le comportement.

"La simulation du corps peut vous dire comment les instructions du système nerveux sont traduites en mouvements et en comportements, et ce "comment" a à voir avec la forme du corps et la physique de la façon dont le corps interagit avec le monde. ", "Tout cela est programmé dans cette simulation physique du projet", a déclaré Srinivas Turaga, scientifique principal et chef de l'équipe de Janelia.

^{Cette vidéo montre un modèle de mouche des fruits exécutant une commande de vol direct à une altitude fixe à une vitesse de 30 cm/s. Le modèle de mouche des fruits reproduit ensuite les mouvements de vol de vraies mouches des fruits : évitant les menaces perçues et. Tournez-vous spontanément. Ce qui est montré ensuite est un modèle de mouche des fruits exécutant une commande de marche à une vitesse de 2 cm/s tout en tournant à gauche et à droite. Ensuite, le modèle de mouche des fruits simule la trajectoire de marche d'une vraie mouche des fruits, y compris la marche à différentes vitesses, les virages et les rotations. s'arrêter brièvement.}

Le nouveau modèle s'appuie sur des travaux antérieurs simulant le comportement des mouches des fruits, notamment le « Grand Unified Fly » qui utilise un corps de mouche simplifié et un système de contrôle manuel pour simuler le vol. Le NeuroMechFly récemment lancé utilise un modèle corporel réaliste et un système de contrôle manuel avec un composant d'apprentissage pour simuler la marche.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs de Janelia et les scientifiques de DeepMind, dirigés par les chercheurs principaux Yuval Tassa et Josh Merel, ont entrepris d'améliorer l'anatomie, la biomécanique, la physique et le comportement des informations du modèle de mouche des fruits pour créer un modèle plus réaliste. Simulation de drosophile capable d'effectuer une variété de comportements. Ce travail est l’une des nombreuses collaborations entre Janelia et DeepMind, qui exploitent leur expertise respective en neurosciences et en intelligence artificielle pour résoudre conjointement des problèmes scientifiques.

Matthew Botvinick, directeur principal de la recherche chez DeepMind, a déclaré : « Bien qu'il soit généralement reconnu que la compréhension du fonctionnement cérébral dépend de la compréhension du corps et de ses interactions avec d'autres objets physiques, la recherche en neurosciences computationnelles cherche rarement à le faire à un tel niveau. "

Dans le futur, il y aura des souris virtuelles, des poissons zèbres virtuels, des virtuels...

L'ensemble du processus de création de mouches des fruits peut être résumé comme suit :

Tout d'abord, la recherche Janelia L'expert Igor Siwanowicz a utilisé des microscopes pour photographier diverses parties de la mouche des fruits femelle adulte, et un logiciel informatique a été utilisé pour créer un modèle virtuel anatomiquement précis de la mouche, y compris le mouvement des articulations et des appendices de la mouche.

Les chercheurs de DeepMind, dont Tassa, Merel et l'ingénieur de recherche Guido Novati, ont transformé ce modèle virtuel en code et l'ont introduit dans le simulateur MuJoCo, une conception open source rapide pour un simulateur physique de robotique et de biomécanique. L'outil permet aux chercheurs de simuler virtuellement la façon dont les objets du monde réel bougent et interagissent.

Pour prendre en charge le modèle de mouche des fruits, les chercheurs ont apporté des améliorations significatives au simulateur, notamment des actionneurs d'adhérence pour simuler les forces générées lorsque les pattes d'insectes agrippent une surface. L'équipe a également demandé à Novati de concevoir un nouveau modèle hydrodynamique pour décrire les forces subies par les mouches des fruits lorsqu'elles volent dans les airs. Le modèle peut prendre en charge une variété de comportements aérodynamiques, y compris l'expansion des ailes, a déclaré Tassa, auteur principal du projet. Ici, ils ont utilisé l’apprentissage par renforcement de bout en bout.

                                                                                                                                                                                                     ^{Simulation de vol.}

^{Simulation de marche.}

                                                           ^{Missions de vol à guidage visuel : contrôle d'altitude et évitement d'obstacles.}

Tassa a également déclaré : "Étant donné que les forces agissant sur la mouche des fruits sont si petites, la modélisation d'un si petit insecte est très difficile."

Ensuite, Vaxenburg a construit un réseau neuronal artificiel et l'a entraîné. comportement réel des mouches des fruits en alimentant les informations vidéo sur réseau enregistrées par des experts en comportement des mouches des fruits, notamment les dirigeants du groupe Janelia, Kristin Branson et Michael Reiser, ainsi que la chercheuse du HHMI, Gwyneth Card, et le professeur de Caltech, Michael Dickinson.

Vaxenburg a déclaré : « Notre objectif est d'améliorer la fidélité, ce qui est obtenu en travaillant sur deux aspects : l'un est d'améliorer la capture des détails anatomiques, c'est-à-dire la structure de la mouche des fruits ; l'autre est de capturer ; comportement, c'est-à-dire la mouche Actions et réactions."

^{L'image ci-dessus montre la structure du corps et les degrés de liberté du modèle de mouche des fruits. Le modèle de la drosophile se compose de 67 parties du corps reliées par 66 articulations, équivalentes à 102 degrés de liberté. La figure montre une séquence dans laquelle tous les degrés de liberté se déplacent de manière sinusoïdale.}

Ce nouveau modèle n'est que le début. Ensuite, l'équipe espère intégrer d'autres parties de l'anatomie de la mouche, telles que les muscles et les tendons, ainsi que des systèmes sensoriels réalistes dans l'insecte virtuel pour créer un modèle de mouche plus réaliste. Ils espèrent également pouvoir utiliser de véritables réseaux neuronaux, tels que le connectome du cordon nerveux ventral de la drosophile, pour alimenter le modèle.

Maintenant que l'équipe de recherche a démontré qu'elle peut créer ce type de modèles virtuels réalistes, à l'avenir, elle souhaite également créer des souris et du poisson zèbre virtuels, deux organismes largement étudiés par les neuroscientifiques. Le processus qu’ils ont utilisé pour créer des mouches des fruits virtuelles est également disponible gratuitement pour les chercheurs du monde entier, permettant ainsi à d’autres de créer leurs propres modèles réalistes.

Turaga a déclaré : "Nous avons montré comment faire cela, et nous pouvons le refaire pour un autre organisme."

Actuellement, un article sur ce résultat de recherche a été publié sur bioRxiv. Les auteurs écrivent dans le résumé de l'article : « Le corps de l'animal détermine la façon dont le système nerveux génère le comportement. Par conséquent, la modélisation détaillée du contrôle neuronal du comportement sensorimoteur nécessite un modèle corporel détaillé. le corps dans le moteur physique MuJoCo. Un modèle biomécanique anatomique détaillé du corps entier de Drosophila melanogaster est fourni, qui est la drosophile virtuelle que nous avons présentée plus tôt.

Lien papier : https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.11.584515v1

Sur les réseaux sociaux, cette recherche a attiré l'attention de nombreux internautes : est-ce que cela sera le cas. évoluer? Quelqu’un d’autre a demandé : peuvent-ils également créer un modèle qui simule un être humain ?

Ces internautes ont même proposé de nouvelles idées de recherche :

Tout cela semble très prometteur.

Cependant, au-delà de ces associations lointaines, ces recherches sur les mouches des fruits revêtent également une grande importance pour la recherche actuelle en matière de soins de santé et peuvent aider la recherche dans de nombreux domaines allant de la découverte de médicaments à la modélisation des maladies.

^{Lien de référence : https://www.janelia.org/news/artificial-intelligence-brings-a-virtual-fly-to-life}

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