방황하는 지구에서의 디지털 라이프 플랜이 시작됐다? DeepMind는 컴퓨터에서 초파리를 만듭니다, 네티즌: 인간을 만들 수 있습니까?-일체 포함-php.cn

"Tu Hengyu에게 질문하고, Tu Hengyu를 이해하고, Tu Hengyu가 되세요."

"The Wandering Earth 2"에서 Andy Lau의 Tu Hengyu는 인상적인 캐릭터입니다. 교통사고로 죽은 딸이 '온전한 삶'을 누릴 수 있도록 인간계의 금지령인 '디지털 라이프 프로젝트'를 무시하고 비밀리에 디지털 라이프의 구조 개선을 위해 혼자 노력해 온 그는 마침내 결심하게 된다. 공개적으로 규칙을 위반하고 딸의 데이터를 양자 컴퓨터에 업로드했으며 나중에 투옥되었습니다. 2 영화 '지구를 방황하다 2'에 등장한 디지털 생활지도. 방황하는 지구에서의 디지털 라이프 플랜이 시작됐다? DeepMind는 컴퓨터에서 초파리를 만듭니다, 네티즌: 인간을 만들 수 있습니까?

방황하는 지구에서의 디지털 라이프 플랜이 시작됐다? DeepMind는 컴퓨터에서 초파리를 만듭니다, 네티즌: 인간을 만들 수 있습니까?

영화 개봉 후 '디지털 라이프'라는 주제로 많은 논의가 됐습니다.

최근 이 주제가 다시 제기된 이유는 친척과 친구를 잃은 많은 사람들이 인공지능(AI) 기술을 이용해 고인을 '부활'시키고 고인의 모습이 담긴 가상 영상 시리즈를 제작하려 하고 있기 때문입니다. "Tu Hengyu에게 질문하고, Tu Hengyu를 이해하고, Tu Hengyu가 되어 보세요"라는 댓글은 수만 번 좋아요를 받았습니다.

그러나 이러한 비디오의 대부분은 대화형이 아닙니다. 현재 기술에 따르면 인터랙티브 기능이 설정되더라도 화면 속 사람은 일부 신체적 직관을 위반하기 때문에 가짜처럼 보일 수 있습니다. 결국, 물리적 세계를 이해하고 물리적 세계의 법칙에 따라 움직이고 생각하는 것은 아직까지 해결되지 않은 문제로 최근 인기를 얻고 있는 소라 비디오 세대 모델에서도 이는 불가능하다고 여겨진다.

그리고 진정으로 실물과 닮을 수 있는 '디지털 라이프'는 자율의식을 지닌 것으로 간주됩니다. 의식이 무엇이며 어떻게 구성되는지에 대한 과학계의 합의는 없습니다. 그러므로 진정한 '디지털 라이프'는 사실 우리와는 아직 거리가 멀다.

그러나 이 방향을 위해 인공지능 과학자들과 신경과학자들이 힘을 합치고 있습니다.

신경과학 + 인공 지능: 컴퓨터에서 사실적인 초파리 만들기

이것은 Google DeepMind와 미국 Janelia Research Park(하워드 휴즈 의학 연구소가 설립한 신경 과학 연구 기관)가 공동 개발한 가상 초파리입니다. 실제 초파리처럼 걷고 날 수 있습니다.
^{이 영상에서는 가상 초파리가 실제 초파리의 비행 동작(자발 회전)을 재현하여 좌우로 회전하면서 2cm/초의 속도로 걷도록 명령을 실행하는 모습을 보여줍니다. 또한 이 모델은 다양한 속도로 걷기, 회전하기, 잠깐 멈추기 등 실제 초파리의 걷기 궤적을 모방합니다.}

이와 동시에 해부학적으로 정확한 새로운 모델, 빠른 물리 시뮬레이터, 초파리의 행동을 모방하도록 훈련된 인공 신경망을 결합하여 현재까지 가장 현실적인 초파리 시뮬레이션이기도 합니다. 실제 초파리 액션.

가상 초파리는 복잡한 궤적을 걷고 날아갈 뿐만 아니라 눈으로 비행을 제어하고 안내할 수도 있습니다.

"실제 초파리 데이터(어떻게 나는지, 어떻게 걷는지 등)를 가져와 이러한 행동을 모방하도록 네트워크를 훈련시킨 다음 이 훈련된 네트워크가 초파리를 제어하고 초파리에게 이동 방법을 알려주도록 합니다."라고 말했습니다. 프로젝트를 주도한 Janelia Turaga 연구실의 기계 학습 연구원인 Roman Vaxenburg. “그것은 파리의 움직임을 통제하는 작은 뇌와 같습니다.”라고 그는 말했습니다.

새 모델은 팀의 가상 초파리의 첫 번째 반복이며 실제 신경망은 물론 더 해부학적이고 감각적인 기능을 사용하여 더욱 현실적으로 만들 계획입니다. 이는 또한 그들이 달성하고자 하는 일련의 사실적인 동물 모델 중 첫 번째이기도 합니다. 그들과 다른 연구자들은 이제 이 공통 오픈 소스 프레임워크를 활용하여 이러한 모델을 개발할 수 있습니다.

이 모델은 과학자들이 신경계, 신체 및 환경이 어떻게 함께 작용하여 행동을 제어하는지 더 완전히 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 연구자들은 수십 년 동안 실제 동물을 대상으로 실험실에서 이러한 질문을 탐구해 왔으며, 현실적인 가상 모델을 통해 과학자들은 이러한 모든 구성 요소가 어떻게 서로 연결되어 있는지, 그리고 실험실에서 측정할 수 없는 요소(예: 힘이 어떻게 작용하는지)를 이해할 수 있습니다. 비행 중 신체는 행동에 영향을 미칩니다.

"신체 시뮬레이션을 통해 신경계의 지시가 어떻게 움직임과 행동으로 변환되는지 알 수 있으며, 이 '어떻게'는 신체의 모양 및 신체가 상호 작용하는 방식의 물리학과 관련이 있습니다. Janelia 팀의 수석 과학자이자 리더인 Srinivas Turaga는 "이 모든 것이 이 물리 시뮬레이션에 프로그래밍되어 있습니다."라고 말했습니다.
^{이 동영상은 고정된 고도에서 30cm/s의 속도로 직접 비행 명령을 실행하는 초파리 모델을 보여줍니다. 그런 다음 초파리 모델은 실제 초파리의 비행 동작을 재현합니다. 저절로 턴. 다음은 왼쪽과 오른쪽으로 회전하면서 2cm/s의 속도로 걷기 명령을 실행하는 초파리 모델입니다. 그런 다음 초파리 모델은 다양한 속도로 걷기, 회전 및 회전을 포함하여 실제 초파리의 걷기 궤적을 시뮬레이션합니다. 잠깐 멈춰라.}

새 모델은 단순화된 파리 몸체와 수동 제어 시스템을 사용하여 비행을 시뮬레이션하는 "Grand Unified Fly"를 포함하여 초파리 행동을 시뮬레이션하는 이전 작업을 기반으로 구축되었습니다. 최근 출시된 NeuroMechFly는 실제 신체 모델과 학습 구성 요소가 포함된 수동 제어 시스템을 사용하여 걷기를 시뮬레이션합니다.

새로운 연구에서 선임 연구 과학자 Yuval Tassa와 Josh Merel이 이끄는 Janelia 연구원과 DeepMind 과학자들은 초파리 모델 정보의 해부학, 생체 역학, 물리학 및 행동을 개선하여 보다 사실적인 정보를 생성하는 데 착수했습니다. 다양한 행동을 수행할 수 있는 초파리 시뮬레이션. 이 작업은 신경과학과 인공 지능에 대한 각자의 전문 지식을 활용하여 과학적 문제를 공동으로 해결하는 Janelia와 DeepMind 간의 여러 협력 중 하나입니다.

DeepMind 연구 수석 이사인 Matthew Botvinick은 다음과 같이 말했습니다. “뇌 기능을 이해하는 것은 신체 및 신체와 다른 물리적 대상과의 상호 작용을 이해하는 데 달려 있다는 것이 일반적으로 인정되지만, 전산 신경과학 연구에서는 이러한 분야에서 이를 수행하려는 경우가 거의 없습니다. Srini 및 이 팀의 다른 구성원과 함께 브레인스토밍하는 과정에서 우리는 초파리 연구의 맥락에서 모든 부분을 하나로 모을 수 있는 흥미로운 기회가 있다는 것을 깨달았습니다."

미래에는 가상 쥐, 가상 제브라피시, 가상...

전체 초파리 생성 과정은 다음과 같이 요약될 수 있습니다.

우선 Janelia 연구 전문가 Igor Siwanowicz는 현미경을 사용하여 성체 암컷 초파리의 다양한 부분을 이미지화했으며, 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 파리의 관절과 부속기관의 움직임을 포함하여 해부학적으로 정확한 체외 가상 파리 모델을 구축했습니다.
Tassa, Merel 및 연구 엔지니어 Guido Novati를 포함한 DeepMind 연구원들은 이 가상 모델을 코드로 변환하여 로봇 공학 및 생체 역학 물리 시뮬레이터를 위한 빠른 오픈 소스 설계인 MuJoCo 시뮬레이터에 입력했습니다. 이 도구를 사용하면 연구자는 실제 세계의 물체가 어떻게 움직이고 상호 작용하는지 가상으로 시뮬레이션할 수 있습니다.

초파리 모델을 지원하기 위해 연구원들은 곤충 발이 표면을 잡을 때 생성되는 힘을 시뮬레이션하는 접착 액추에이터를 포함하여 시뮬레이터를 대폭 업그레이드했습니다. 또한 팀은 초파리가 공중을 날아갈 때 경험하는 힘을 설명하기 위해 Novati에게 새로운 유체 역학 모델을 설계하도록 요청했습니다. 이 모델은 날개 펼치기를 포함한 다양한 공기 역학적 동작을 지원할 수 있다고 프로젝트 수석 저자인 Tassa는 말했습니다. 여기에서는 엔드투엔드 강화 학습을 사용했습니다. ㅋㅋ 비행 시뮬레이션.
걷기 시뮬레이션.
시각적 안내 비행 임무: 고도 제어 및 장애물 회피.
Tassa는 또한 "초파리에 작용하는 힘이 너무 작기 때문에 이렇게 작은 곤충을 모델링하는 것은 매우 어렵습니다."라고 말했습니다.
다음으로 Vaxenburg는 인공 신경망을 구축하고 이를 훈련시켰습니다. Janelia 수석 그룹 리더인 Kristin Branson과 Michael Reiser, HHMI 연구원 Gwyneth Card 및 Caltech 교수 Michael Dickinson을 포함하여 초파리 행동 전문가가 기록한 네트워크 비디오 정보를 제공하여 실제 초파리 행동을 제공합니다.

Vaxenburg는 다음과 같이 말했습니다. “우리의 목표는 두 가지 측면에서 작업하여 충실도를 높이는 것입니다. 하나는 해부학적 세부 사항, 즉 초파리의 구조를 캡처하는 것입니다. 행동, 즉 파리 행동과 반응."

^{위 사진은 초파리 모델의 신체 구조와 자유도를 보여줍니다. 초파리 모델은 66개의 관절로 연결된 67개의 신체 부위로 구성되어 있으며 이는 자유도 102에 해당합니다. 그림은 모든 자유도가 정현파 방식으로 움직이는 시퀀스를 보여줍니다.}

이 새로운 모델은 시작에 불과합니다. 다음으로 팀은 근육과 힘줄과 같은 파리 해부학의 다른 부분뿐만 아니라 현실적인 감각 시스템을 가상 곤충에 통합하여 보다 현실적인 파리 모델을 만들기를 희망합니다. 그들은 또한 Drosophila 복부 신경 코드 커넥톰과 같은 실제 신경 네트워크를 사용하여 모델을 강화할 수 있기를 희망합니다.

이제 연구팀은 이러한 유형의 사실적인 가상 모델을 만들 수 있음을 입증했으며 앞으로는 신경과학자들이 널리 연구하는 두 유기체인 가상 쥐와 제브라피시도 만들고 싶어합니다. 가상 초파리를 만드는 데 사용한 프로세스는 전 세계 연구자들이 무료로 사용할 수 있으므로 다른 사람들도 자신만의 현실적인 모델을 만들 수 있습니다.

Turaga는 "우리는 이를 수행하는 방법을 보여 주었고 다른 유기체에 대해 다시 수행할 수 있습니다."

현재 이 연구 결과에 대한 논문이 bioRxiv에 게시되었습니다. 저자는 논문 초록에서 "동물의 신체는 신경계가 행동을 생성하는 방식을 결정합니다. 따라서 감각운동 행동의 신경 제어에 대한 상세한 모델링에는 상세한 신체 모델이 필요합니다."라고 썼습니다. MuJoCo 물리 엔진의 신체. 앞서 소개한 가상 초파리인 Drosophila melanogaster의 해부학적으로 상세한 전신 생체 역학 모델이 제공됩니다.
논문 링크: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.11.584515v1

소셜 미디어에서 이 연구는 많은 네티즌들의 관심을 끌었습니다. 진화? 다른 사람이 물었습니다. 인간을 시뮬레이션하는 모델도 만들 수 있나요?
이 네티즌들은 새로운 연구 아이디어도 제공했습니다.
이 모든 것이 매우 유망해 보입니다.
그러나 이러한 먼 연관성을 제쳐두고, 이 초파리 연구는 현재의 건강 관리 연구에도 큰 의미가 있으며 약물 발견에서 질병 모델링에 이르기까지 다양한 분야의 연구에 도움이 될 수 있습니다.
^{참조 링크: https://www.janelia.org/news/artificial-intelligence-brings-a-virtual-fly-to-life}