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Un robot che si muove in un ambiente come un essere umano: il futuro dell’AI è già qui

Perché ne stiamo parlando
Nuove frontiere per l’IA dalle regole umane di apprendimento. Il Cnr-Ibf di Palermo ha sviluppato un sistema robotico in grado di apprendere come muoversi in un ambiente simile a come farebbe un essere umano. La scoperta potrebbe aprire nuovi importanti scenari nel trattamento di alcune patologie, come Alzheimer ed epilessie.

Un robot che si muove in un ambiente come un essere umano: il futuro dell’AI è già qui
Immagine generata utilizzando l'intelligenza artificiale

L’intelligenza artificiale spinge la ricerca scientifica. Alcuni ricercatori e ricercatrici dell’Istituto di Biofisica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-IBF) di Palermo hanno sviluppato un sistema robotico in grado di apprendere come muoversi in un ambiente simile a come farebbe un essere umano. Un esempio di applicazione pratica? Aiutare ipovedenti a raggiungere un posto senza dover prima fare lunghe sessioni di training. Tutto ciò applicando le ricerche condotte sulla simulazione dell’ippocampo umano. «Attualmente il sistema riesce a memorizzare la sequenza di oggetti da seguire per raggiungere un obiettivo da cercare in un labirinto», dice Michele Migliore del CNR-IBF. «E questa operazione la può fare sempre dopo una sola sessione di training, e ricordando potenzialmente un numero infinito di oggetti ed in un labirinto simile a quelli usati per gli esperimenti sugli animali». Ma il sistema potrà essere utile anche per capire come trattare determinate patologie, come Alzheimer ed epilessie. L’iniziativa si inserisce nel programma di ricerca del progetto bandiera europeo (European flag project) Human Brain Project – di cui il Cnr è partner – ed è stato sviluppato nell’ambito dell’infrastruttura di ricerca “Ebrains-Italy”, finanziata da Next Generation EU e dal ministero della Ricerca nell’ambito dei fondi PNRR M4C2.

Quali ricadute pratiche può avere un sistema robotico come questo?

«La possibilità di imparare a localizzare un punto predefinito dopo una sola sessione di training; la semplicità della rete; la sua modularità; la possibilità di mappare un magazzino di qualsiasi dimensione».

In questo modo si migliora l’efficienza nel trovare soluzioni a un problema: un esempio pratico più specifico?

«Uscire da un labirinto come facciamo noi umani. Chiunque, in un museo, inizia a girare continuamente tra le sale guardando le opere esposte. Ipotizziamo che a un certo punto ci fermiamo e decidiamo di tornare nuovamente su un’opera già vista. In questo caso, il sistema robotico non ha bisogno di training, lo fa immediatamente. L’intelligenza artificiale di cui si parla oggi consiste in algoritmi che hanno bisogno di un’intensa, lunga e complicata fase di training, perché bisogna conoscere tutte le possibili combinazioni. Il ciclo biologico agisce in modo istantaneo. In questo momento la nostra è solo una prova di principio. Ci stiamo avvicinando a un cervello con un circuito naturale».

Tutto ciò in questa fase avviene solo virtualmente?

«Sì. Noi inseriamo il nostro codice e valutiamo i risultati. Il prossimo passo è installarlo in un cane robot. Avrà memorizzate o memorizzerà, attraverso una sola fase di training, la posizione di alcuni o molti oggetti in un ambiente da esplorare. Indicando un luogo specifico da solo saprà dove andare».

In futuro il sistema robotico potrà essere impiantato sull’uomo?

«Attualmente non possiamo prevederlo, ci sono problemi sia etici sia pratici. In linea di principio sono delle cose che si possono fare. In America ci stanno provando. Attualmente non abbiamo né l’expertise né la quantità di fondi necessari. Ci sono anche questioni filosofiche. Diverse filosofie si oppongono in maniera piuttosto violenta a un tipo di aumento di potenzialità cerebrali attraverso circuiti elettronici».

I risultati spiegano che le reti di intelligenza artificiale attuali non potranno mai competere con l’efficienza e la velocità di apprendimento dei circuiti biologici, a meno di non utilizzare le stesse architetture già sviluppate dall’evoluzione naturale. Sarà possibile in futuro?

«Certamente, se si prosegue nella strada che abbiamo tracciato. Dobbiamo anche chiarire al grande pubblico un aspetto importante. L’intelligenza artificiale di cui si sente parlare molto in questi mesi sui media è ben diversa da quella che si intende per la ricerca in neuroscienze, che tenta di spiegare come funziona il cervello. Oggi sono due cose totalmente distinte e incompatibili. ChatGPT, per esempio, non ha niente a che vedere con la biologia. Con la nostra ricerca tentiamo di riprodurre i meccanismi cognitivi del sistema nervoso. Le osservazioni sperimentali sul funzionamento dei neuroni ci permettono di creare un modello matematico del sistema biologico. Nel momento in cui creiamo il sistema biologico riproducendo quello che sappiamo dei dati sperimentali sul funzionamento dei neuroni e aggiungendo le nostre intuizioni, siamo riusciti a fare vedere che, utilizzando i circuiti biologici, quello che viene fuori come sistema cognitivo è un sistema che funziona molto meglio dell’intelligenza artificiale come si intende oggi».

Quali sono i prossimi passi?

«Attualmente la fase di apprendimento e quella di riconoscimento sono separate. Vogliamo insegnare al robot come imparare ad apprendere nuovi percorsi durante la fase di ricerca del punto prefissato. Aggiungere circuiti di altre regioni cerebrali. Testare la rete in un robot fisico ed in un ambiente reale, finora abbiamo testato la rete in un ambiente virtuale».

Il sistema può essere efficace per trattare alcune patologie?

«Nel momento in cui abbiamo un modello matematico di un circuito cerebrale realistico che sottostà a delle funzioni cognitive, per esempio la navigazione spaziale, abbiamo il controllo completo sul funzionamento del circuito. A questo punto possiamo simulare matematicamente anche la patologia. Grazie agli esperimenti sappiamo quali proprietà di neuroni o quale proprietà della trasmissione sinaptica viene modificata dall’Alzheimer, dall’epilessia o durante l’invecchiamento. A questo punto, avendo un modello del circuito cerebrale in condizioni patologiche, possiamo usare il nostro intuito per vedere quali modifiche ulteriori, magari a seguito di trattamenti farmacologici, possiamo applicare ai nostri neuroni o alle nostre sinapsi malate in modo tale da farle ritornare a funzionare in maniera corretta. Una volta individuati questi meccanismi passiamo alla fase in vitro. In questo modo indichiamo alla ditta farmaceutica quali possono essere le proprietà dei neuroni che si possono trattare con dei farmaci particolari».

Recentemente un team di ricerca della infrastruttura di ricerca “Ebrains-Italy”, composto dall’Istituto di biofisica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnt-Ibf), dall’Università di Modena e Reggio Emilia, in collaborazione con l’Institut de neurosciences des systèmes di Marsiglia, ha realizzato il primo modello virtuale in 3D della struttura e della connettività neuronale dell’area CA1 dell’ippocampo umano. Ci possono essere dei punti di contatto tra le due ricerche?

«Certo, quello che impariamo nelle ricerche in un campo è immediatamente trasferito all’altro».

Quanti fondi sono stati stanziati per il progetto?

«Per questo progetto con il robot virtuale in particolare abbiamo ricevuto un finanziamento di circa 300mila euro, l’Infrastruttura Ebrains-Italy si occupa di molto altro (siamo 16 partner) ed è stata finanziata con 22 milioni di euro».

Qual è l’obiettivo di “Ebrains-Italy”?

«È una piattaforma digitale, collegata all’Infrastruttura Europea Ebrains, che permetterà ai ricercatori, ma anche a studenti, cittadini, o a case farmaceutiche, di avere a disposizione diversi strumenti digitali per poter fare ricerche sulle neuroscienze, in modo da aiutare non solo a capire come funziona il nostro cervello ma anche a sviluppare nuovi trattamenti per diverse malattie mentali e per rallentare l’invecchiamento cerebrale».

Il Pnrr (Piano nazionale di ripresa e resilienza) ha dato una forte spinta alla ricerca?

«Sì. Paradossalmente i fondi stanziati hanno sbloccato “troppo”. In Italia spesso c’è il problema del personale. Le persone preferiscono andare all’estero, specialmente i più bravi, e abbiamo problemi a trovare e assumere ricercatori e ricercatrici. Adesso, i fondi ci stanno aiutando. Nel corso dell’ultimo anno con Ebrains-Italy abbiamo assunto circa 40 ricercatori e assegnato circa cinquanta borse di dottorato, selezionando anche ragazzi e ragazze che provengono dall’estero, specialmente da Pakistan, India e Iran».

Keypoints

  • Il Cnr-Ibf di Palermo ha sviluppato un sistema robotico in grado di apprendere come muoversi in un ambiente simile a come farebbe un essere umano
  • La scoperta potrebbe aprire nuovi importanti scenari nel trattamento di alcune patologie, come Alzheimer ed epilessie
  • Tra le ricadute pratiche, la possibilità di imparare a localizzare un punto predefinito dopo una sola sessione di training; la semplicità della rete; la sua modularità; la possibilità di mappare un magazzino di qualsiasi dimensione
  • Per questo progetto sono stati finanziamenti circa 300mila euro
  • La piattaforma Ebrains permetterà ai ricercatori, ma anche a studenti, cittadini, o a case farmaceutiche, di avere a disposizione diversi strumenti per poter fare ricerche sulle neuroscienze

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