Der Fortschritt der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens hat einen neuen Höhepunkt erreicht, als Wissenschaftler von Janelia und Google DeepMind zusammenarbeiteten, um eine virtuelle Käferkolonie zum Leben zu erwecken. Dieser bahnbrechende Schritt beinhaltete die Verbindung eines computeranimierten Insekts mit ausgefeilten KI-Fähigkeiten, die es ihm ermöglichen, die natürlichen Bewegungen eines echten Käfers nachzubilden.
Die virtuelle Käferkolonie stellt die realistischste Simulation eines Käfers dar, die bisher entwickelt wurde. Die bemerkenswerte Genauigkeit dieser Schöpfung ist auf die einzigartige Kombination eines anatomisch präzisen Modells des äußeren Skeletts des Käfers, eines Hochgeschwindigkeitsphysiksimulators und eines künstlichen neuronalen Netzwerks zurückzuführen, das mit echten Verhaltensdaten von Käfern trainiert wurde. Durch diesen Trainingsprozess hat das Netzwerk die Fähigkeit erlangt, die Bewegungen des Käfers zu steuern, was ihm ermöglicht, auf eine Weise zu laufen und zu fliegen, die von seinem lebenden Gegenstück nicht zu unterscheiden ist.
Laut Roman Vaxenburg, dem leitenden Forscher des Projekts vom Turaga-Labor in Janelia, fungiert das künstliche neuronale Netzwerk als Miniaturgehirn für den virtuellen Käfer und diktiert seine Bewegungen und Handlungen. Durch die Analyse und Reproduktion der Verhaltensmuster echter Käfer ist das Netzwerk darauf spezialisiert geworden, ihre komplexen Bewegungen nachzuahmen.
Diese erste Version des virtuellen Käfers soll weiterentwickelt werden, um einen noch höheren Grad an Lebensnähe zu erreichen. Das Team plant, zusätzliche anatomische Merkmale, sensorische Fähigkeiten und ein echtes neuronales Netzwerk in zukünftige Modelle zu integrieren. Das ultimative Ziel ist es, eine Reihe realistischer Tiermodelle auf der Grundlage dieses Open-Source-Rahmens zu etablieren, nicht nur für die eigene Forschung, sondern auch für die breitere wissenschaftliche Gemeinschaft.
Durch die Nutzung dieser virtuellen Tiermodelle können Wissenschaftler tiefere Einblicke in die komplexe Beziehung zwischen dem Nervensystem, der Körperstruktur und der Umgebung bei der Steuerung verschiedener Verhaltensweisen gewinnen. Während Studien mit lebenden Tieren maßgeblich zu unserem Verständnis beigetragen haben, bieten virtuelle Simulationen eine neue Perspektive, indem sie die Wechselwirkungen und Einflüsse unmeßbarer Faktoren, wie die auf den Körper während des Fluges ausgeübten Kräfte, aufzeigen.
Janelia-Gruppenleiter Srinivas Turaga, ein führender Wissenschaftler des Projekts, betont, dass die in das Design des virtuellen Käfers eingebettete Physiksimulation eine entscheidende Rolle dabei spielt, die Mechanismen hinter der Umsetzung von neuronalen Befehlen in physische Handlungen zu verstehen. Die Form des Körpers und seine Interaktionen mit der umgebenden Welt haben einen erheblichen Einfluss auf die Ausführung dieser Befehle. Demzufolge bietet die komplexe Physiksimulation, die in das virtuelle Modell integriert wurde, wertvolle Einblicke in diese grundlegenden Prozesse.
Der Körper des virtuellen Käfers besteht aus 67 präzise verbundenen Teilen, die durch 66 Gelenke verbunden sind und somit über bemerkenswerte 102 Freiheitsgrade verfügen. Diese strukturelle Komplexität ermöglicht es dem virtuellen Käfer, natürliche Bewegungen mit einer bemerkenswerten Genauigkeit nachzubilden.
Dieser bedeutende Fortschritt bei der Schaffung virtueller Insekten markiert einen Wendepunkt in der fortschreitenden Integration von künstlicher Intelligenz und biologischer Simulation. Die Kombination aus detaillierter anatomischer Modellierung, anspruchsvoller Physiksimulation und maschinellem Lernen hat neue Forschungs- und Experimentiermöglichkeiten eröffnet und den Weg für ein tieferes Verständnis von Tierverhalten und Kognition geebnet. Durch die Entwicklung immer realistischerer virtueller Modelle hoffen Wissenschaftler, die komplexen Mechanismen verschiedener Arten zu entschlüsseln und die Zusammenhänge mit der Umwelt zu verstehen.
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