Human Brain Project

Der Gewinn eines grundlegenden Verständnisses des menschlichen Gehirns stellt nach wie vor eine der größten Herausforderungen des 21.Jahrhunderts dar. Dieses Ziel verfolgt das "Human Brain Project", ein Großprojekt der Europäischen Kommission (Future and Emerging Technologies (FET) Flagship). Mithilfe der Integration neurowissenschaftlicher Daten und Methoden aus unterschiedlichsten Disziplinen, sollen ein neues Verständnis des Gehirns erlangt, neuartige Behandlungsmöglichkeiten für Hirnkrankheiten erforscht und neue biologisch inspirierte Computertechnologien entwickelt werden.

Das FZI ist dabei mit den zwei Forschungsbereichen ISPE und SE im Teilprojekt "SP10 Neurorobotics" vertreten, in dessen Rahmen eine Softwareplattform erstellt wird, die es Neurowissenschaftlern erlauben wird, simulierte sowie echte Roboter in ihrer Umgebung durch ein biologisch inspiriertes Gehirnmodell zu steuern und Informationen aus der Umwelt über Sensoren an das Gehirn zurückzuführen

SUBPROJECT 10: NEUROROBOTICS

Das Teilprojekt Neurorobotics verfolgt das Ziel, sowohl Wissenschaftlern als auch Entwicklern eine gemeinsame Infrastruktur zu bieten, die es ihnen erlaubt, Gehirnmodelle mit realistisch simulierten Robotern und Arbeitsumgebungen auf eine Weise miteinander zu verknüpfen, dass sich die so entstehenden Neurorobotik-Systeme experimentell in silico erforschen, und sich für die Entwicklung neuartiger Robotertechnologien verwenden lassen.

Das FZI beteiligt sich an der Entwicklung der Virtual Neuro-Robotic Simulation Platform (VINERO). Sie wird es Wissenschaftlern ermöglichen, Closed-Loop-Roboterexperimente aufzusetzen, in denen ein Gehirnmodell an einen simulierten Körper oder Roboter gekoppelt ist, welcher mit einer Umgebung interagiert.

Architektur

Die Neurorobotics Platform setzt sich aus den Kernkomponenten zusammen:

  • Der Robot Designer erlaubt den Entwurf virtuellerRoboter basierend auf detaillierten Spezifikationen.
  • Die Brain und Brain Body Designer ermöglichen die Modellierung neuronaler Schaltkreise und deren Anbindung an virtuelle Roboter.
  • Der Environment Designer ist ein Werkzeug für das Erstellen virtueller Arbeitsumgebungen.
  • Die Closed-Loop Engine verbindet simulierte oder realeRoboter mit den Gehirnmodellen.

Forschungsthemen am FZI

Im Rahmen des Teilprojekts Neurorobotik wird am FZI in den nächsten Projektphasen die sensomotorische Koordination komplexer Robotersysteme erforscht. Dazu sollenbewährte Konzepte maschineller Lernverfahren auf neuro-nale Modelle der dritten Generation (gepulste neuronale Netze) untersucht werden.

Ziel der Forschung ist zum einen der Aufbau eines neuronalen Systems, das eine Verbindung zwischen den Feldern des klassischen maschinellen Lernens und des Neural-Computing schafft. Dabei soll ein möglichst biologisch plausibles Modell zum sensomotorischen Lernen beim Menschen entstehen. Zum anderen werden die Anwendbarkeit und die Vorzüge (z. B. erhöhte Flexibilität und Fehlertoleranz) solcher neuronaler Systeme auf realen Robotersystemen erprobt.

Hierfür werden die verwendeten Technologien beginnend mit einfachen biologisch motivierten Robotern wie dem Kanalroboter KAIRO und der sechsbeinigen Laufmaschine LAURON bis hin zu komplexen, mit künstlichen Muskeln betriebenen Robotern gewählt, die die steigende Komplexität der zur Kontrolle benötigten neuronalen Systeme widerspiegeln. Zusätzlich wird auch der Einsatz auf Robotern im industriellen Umfeld und die Verwendung dedizierter, neuromorpher Hardware untersucht werden.

Arbeiten für Studierende am KIT

Praktikum "Virtuelle Neurorobotik im Human Brain Project - Gepulste neuronale Netze in der Neuro-Robotik"

Das Praktikum bietet Studierenden die Möglichkeit, das Forschungsfeld der Neurorobotik im Kontext des „Human Brain Projekts“ kennenzulernen. Im Laufe des Praktikums werden die Konzepte virtueller Neuro- robotik von der Modellierung künstlicher gepulster neuronaler Netze bis hin zum Entwurf geeigneter Experi- mente zum Training und zur Evaluation in einer Simulationsumgebung behandelt.

Ein closed-loop Experiment, in der Neurorobotics Plattform (NRP) definiert, bildet das Framework unserer NRP Challenge. Das Experiment findet in einer virtuellen Umgebung statt und besteht aus einem (oder mehreren) Robotern mit verschiedenen Aktuatoren und Sensoren. Es wird ein neuronaler Simulator für die gepulsten neuronalen Netze verwendet. Wir stellen dazu die grundlegende Pipeline und ihr werdet in Teams aufgeteilt, um unterschiedliche Aufgaben zu lösen. Anschließend sollen die Ergebnisse in einer schriftlichen Ausarbeitung auf Englisch in Form eines Papers festge- halten und in einem 20-minütigen Vortrag präsentiert werden.

Weitere Informationen finden Sie in der Praktikumsbeschreibung und unter: http://his.anthropomatik.kit.edu/

Bei Interesse und Fragen melden Sie sich bitte bei Camilo Vasquez Tieck.

Seminar "Human Brain Project"

Dieses Seminar befasst sich mit aktuellen Themen der Neuro-Robotik, wie sie im Rahmen des Teilprojekts „Neuro-Robotics“ des „Human Brain Project“ erforscht werden. Die Themen, die in diesem Seminar behandelt werden, befassen sich hauptsächlich mit dem Bereich der bioanalogen gepulsten neuronalen Netze zur Modellierung der Gehirnfunktionalität und deren vielseitiger Anwendung in der Robotik sowie mit verwandten Themen.

Das Seminar richtet sich an Studierende der Informatik, Physik, Maschinenbau und Elektrotechnik. Die Arbeiten sollen hierfür an ein oder zwei Terminen im Rahmen eines Blockseminars vorgetragen werden. Ausgewählte, interessante Themen aus dem Bereich der Neuro-Robotik werden in einer Einführungsveranstaltung präsentiert und in der Reihenfolge der Anmeldung vergeben. Da die Anzahl der Plätze limitiert ist, ist eine vorherige Anmeldung per E-Mail erforderlich.

Weitere Informationen finden Sie in der Seminarbeschreibung und unter: http://his.anthropomatik.kit.edu/

Bei Interesse und Fragen melden Sie sich bitte bei Camilo Vasquez Tieck.

Abschlussarbeiten und wissenschaftliche Hilfskräfte

Im Rahmen des HBP besteht die Möglichkeit, sowohl Abschlussarbeiten (betreut durch das KIT) anzufertigen oder als studentische Hilfskraft zu arbeiten (Vorraussetzungen jeweils: fundierte Programmierkenntnisse und Erfahrung in den Bereichen Robotik oder maschinellen Lernen). Bitte beachten Sie die Ankündigungen oder melden Sie sich bei 

Camilo Vasquez Tieck.

Veranstaltungen

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Daniel Reichard

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Werdegang

Dr.-Ing. Daniel Reichard studierte von 2007 bis 2014 Informatik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). 2017 promovierte er am Institut für Robotik und Anthropomatik (IAR) des KIT über das Thema "Bildbasierte Weichgeweberegistrierung in der Laparoskopie" im Rahmen der Arbeitsgruppe "Computerassistierte Chirurgie".

Seit Januar 2018 betreut Daniel Reichard für den Forschungsbereich Intelligent Systems and Production Engineering (ISPE) das Human Brain Project der europäischen Kommission im Rahmen des "Future and Emerging Technologies (FET) Flagship" Programms.

Kontakt

Telefon: +49 721 9654-238
E-Mail: Daniel.Reichard@dont-want-spam.fzi.de

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