Neurogress: платформа систем нейроуправления от участников проекта Blue Brain

by Eugene "Tiberius" Smirnov

Прошедший 2017 год стал знаковым для различных стартапов, которые собирали средства на своё развитие через #ICO. Мы стали свидетелями создания фактически новой индустрии из идей кучки энтузиастов. Конечно, были и белые, и чёрные стороны привлечения средств.
Сегодня я хочу рассказать читателям Хабра об одном проекте – Neurogress, который был недавно анонсирован командой, работавшей в Blue Brain Project. Если вкратце, то суть данного проекта заключается в том, чтобы создать экосистему, в которой можно было бы разрабатывать программное обеспечение (ПО) для нейроуправления различными устройствами (роботизированными протезами, дронами, предметами из Интернета Вещей, IoT, и так далее), а также создавать сами устройства и тренировать алгоритмы для развития системы Искусственного Интеллекта (ИИ) нейроуправления (и даже получать за это деньги, токены).
В первую очередь он будет интересен тем, кто занят в области искусственного интеллекта, распознавания паттернов и машинного обучения. С другой стороны, каждый может поддержать проект, который на днях откроет pre-TGE (Token Generation Event). 

 Intro

Как повествует White Paper (WP), опубликованная здесь, каждый из нас это один большой нейроинтерфейс между нашим мозгом, познающим и эксплуатирующим реальность, и зачастую агрессивной окружающей средой. За последние тысячи лет мы изобрели множество псевдоинтерфейсов, которые помогают адаптировать наше бренное тело, но для которых нам нужны руки, ноги, пальцы.  

 Эволюция интерфейсов: от глубокой древности до наших дней. Источник: презентация Neurogress

А теперь представьте себе, что в один прекрасный момент времени такого «проводника» воли мозга не станет (болезнь, авария, несчастный случай и так далее), человек оказывается ограничен в своих действиях и возможностях. В этом случае необходима замена и желательно, чтобы она управлялась напрямую из мозга. 

 Роботизированный протез. Источник: WP Neurogress

Стартап Neurogress призван помочь в разработке таких систем нейроуправления, которые могли бы напрямую передавать сигналы из мозга на роботизированные устройства (например, те же самые протезы). Основу команды составляют участники другого громкого проекта по покорению мозга – Blue Brain Project (про него я писал тут и отвечал на вопросы тут). Поэтому проект базируется в городе Женеве, Швейцария, где и расположена штаб-квартира Blue Brain Project. Команда решила применить свои накопленные знания и опыт в разработке системы нейроуправления на базе искусственного интеллекта и машинного обучения.

Основная цель проекта – разработка программного обеспечения (ПО) для нейроуправления различной электроники, устройств и машин. Под нейроуправлением в данном проекте подразумеваются паттерны активности мозга (мозговых волн), которые собираются с помощью нейроинтерфейса и анализируются методами машинного обучения и ИИ, а затем передаются в виде команд на конкретное устройство. Важно отметить, что проект нацелен именно на работу с неинвазивными устройствами считывания сигналов, что должно существенно упростить внедрение технологий, но об этом ниже.

Пытливый читатель спросит: так что же там про механическую/бионическую конечность и её прямое взаимодействие с мозгом?

На начальном этапе проекта искусственные конечности и минироботы будут "модельной системой" для обкатки решений. Однако команда планирует адаптировать своё ПО для других сфер: управление дронами, машинами и роботами на производстве, новыми системами умного дома и многим другими устройствами, которые могли бы и, самое главное, должны управляться непосредственно из мозга.
Но давайте разбираться со всем по порядку!

Кратко о нейроинтерфейсах и возможностях систем нейроуправления

Идея управления техникой с помощью силы мысли не раз появлялась на страницах научной фантастики и в играх. Наверное, многие помнят, как коварный Юрий пытался захватить власть во вселенной Red Alert 2 именно с помощью своеобразного нейроинтерфейса и пси-волн. 

 С просторов Интернетов

В реальности, конечно, не так всё просто, как в книгах и играх. Лучшие умы человечества бьются над тем, чтобы дать нам возможность управлять реальностью с помощью силы мысли. Мозг — это очень большой компьютер, в котором постоянно (до тех пор, пока он, мозг, жив) бегают туда-сюда электрические разряды, а, следовательно, можно их считать и проанализировать, выявив “нежный” сигнал мозговой активности среди постороннего шума. Собственно, эта простая, на первый взгляд, идея и составляет фундамент всех нейроинтерфейсов и систем управления на их основе.

Технологии нейроуправления можно разделить на несколько групп:

• Инвазивные. Электроды должны быть вживлены в человеческое тело, чаще всего в головной мозг. Главный недостаток данного типа технологий, несмотря на существенные достигнутые результаты – вмешательство во внутреннюю среду организма. Как следствие, высокая цена ошибки и снижение чувствительности со временем (организм перестраивается и «защищается» от вмешательства).
• Миосенсоры. Электроды располагаются на коже человека и считывают импульсы, проходящие через мышечные волокна. Пожалуй, самый известный пример, благодаря Стивену Хокингу. Однако данный тип имеет существенную задержку: сигнал от мозга через ЦНС должен дойти до мышц и только потом он будет считан и интерпретирован, а, следовательно, задержка составляет несколько секунд.
• Неинвазивные. Основаны на различных техниках записи электрической активности мозга с помощью внешних устройств. Основной недостаток – неспецифичность получаемой информации и крайне сложная её интерпретация, которая требует скрупулёзного подхода, наработки больших массивов данных и вычленения из них нужно и статистически подтверждённой информации. Более подробно про недостатки неинвазивных методов и достоинствах применения ИИ к данной проблеме рассказано в WP.

На последний тип и нацелена команда Neurogress, которая планирует создать такую систему сбора данных, их обработки и применения. Именно неинвазивные технологии позволят создать продукт для массового рынка, что влечёт за собой ряд положительных аспектов. Например, массовость позволит (i)привлечь больше программистов для разработки сторонних приложений, (ii) выявить проблемы в алгоритмах и моделях обучения в кратчайшие сроки (ниже приведу пример, как планируется это реализовать через NRG коины), (iii) снизить цену использования ПО и, в конечном счёте, устройств с системами нейроуправления. 

 Пример устройства для неинвазивного считывания мозговой активности. Источник: WP Neurogress

Решение от Neurogress

Команда Neurogress концентрируется на разработке алгоритмов и машинном обучении для распознавания паттернов электрической активности мозга и соотнесения их с моторикой конечностей. Так как будут применяться подходы ИИ, то конечная система будет подстраиваться под каждого конкретного заказчика с его особенностями. Планируется, что процесс обучения займёт всего 2-3 недели для контроля над роботизированной рукой вместо 4-18 месяцев для существующих на рынках решений.
Вот видео, демонстрирующее возможности систем нейроуправления после некоторой тренировки:

*По ссылке полное видео, мы ограничимся Gif одного из ключевых моментов

 На видео видно, что система работает с задержкой. Одна из целей проекта довести эту задержку как минимум до 0.5 секунды, а в лучшем случае и до 0.05 c. При этом сама роботизированная конечность может иметь до 28 подвижных частей. А стоимость самого изделия будет снижена от 2 до 5 раз именно за счёт более простого и лёгкого интерфейса между мозгом и устройством. 

 Блок-схема работы системы. Источник: презентация Neurogress

Как предполагается собирать и обрабатывать данные?

• Неинвазивный сенсор мозговой активности (нейроинтерфейс) считывает электрическую активность нейронов
• Сигналы распознаются по частоте. Всего есть 8 типов основных сигналов мозговой активности, комбинации между которыми могут быть реализованы для нейроуправления устройствами
• Примерно 10% данных остаётся неизменными, тогда как 90% будут использованы для тренировки системы различными паттернами
• Результаты множественных тренировок сравниваются и наилучшее решение запоминается системой и затем воспроизводится
• Как только сигнал распознан и классифицирован, команда отправляется на устройство для выполнения конкретного действия

Таким образом, ПО от команды Neurogress является своего рода посредником, связующим между нейроинтерфейсом как таковым и роботизированными системами, которыми мозг теперь может управлять напрямую. При этом, постоянно накапливаемый массив данных позволяет повышать точность и регулярно обновлять и дорабатывать алгоритмы, драйверы для устройств, которые находятся под нейроуправлением. Как представлено на двух схемах ниже. 

 Интеграция ИИ в системы нейроуправления. Источник: презентация Neurogress, также доступно в WP Neurogress 

 Внутри экосистемы обучаемого ИИ от Neurogress. Большой брат уже не следит, а помогает приспособится к новым вызовам. Источник: презентация Neurogress, также доступно в WP Neurogress

Blockchain и NRG монетки, как основа проекта

Одной из особенностей создаваемой платформы и экосистемы является наличие собственной криптовалюты – NRG (пока это токены, но к середине 2019 года, то есть через год после TGE, токены будут превращены в коины, полноценную криптовалюту). Она не только будет использоваться для совершения покупок внутри экосистемы и оплаты труда разработчиков (как на рисунке ниже), но её можно будет «майнить». Под майнингом подразумевается физическое использование устройств с решениями от Neurogress и тренировка ИИ, как только достигается успешное распознавание сигналов мозга с достаточной достоверностью, эмитируется монетка. 

 Схематическое движение NRG коинов в экосистеме Neurogress. Источник: презентация Neurogress, также доступно в WP Neurogress

Почему именно блокчейн? Современные компании-гиганты такие как Microsoft, Google, Facebook и многие другие "следят" за пользователями, собирают статистику и используют её для улучшения и продвижения своих продуктов. Когда речь идёт о том, как часто вы пользуетесь почтой (gmail или outlook) или что едите на завтрак (Instagram aka Facebook, Pinterest, Google Photos), то нет ничего страшного, что за вами “подглядывают”. Это неизбежное последствие развития технологий. Однако, когда речь заходит о типичных паттернах вашей мозговой активности, то вряд ли пользователи добровольно согласятся передать эти данные какой-то конкретной компании.

Подход Neurogress заключается в том, что разработка ИИ децентрализирована, каждый имеет доступ только к своему небольшому куску данных, который и обрабатывает. При этом реализуется защита от монополизма над статистическими данными.

Подкованный пользователь спросит: есть уйма популярных крипто-валют, таких как эфир (ETH). Почему бы не положить их в основу?

Действительно, на начальном этапе NRG токены привязаны к эфиру, однако Neurogress планирует обзавестись собственной валютой, чтобы увеличить скорость транзакций и заложить свои собственные принципы майнинга NRG коинов. Последние будут зависеть исключительно от того, на сколько эффективно используются продукты Neurogress. 

 Монетки NRG и их использование. Источник: презентация Neurogress

Экосистема Neurogress

Как уже упоминалось, центральной частью экосистемы станет платформа ИИ и машинного обучения (AI Software на диаграмме ниже), которая будет собирать данные, обрабатывать их и превращать в сигналы для конкретных устройств. 

 Основные элементы экосистемы Neurogress. Источник: презентация Neurogress, также доступно в WP Neurogress

Также в неё войдут следующие модули:

• Тренировочный центр Neurogress. Он представляет собой виртуальный тренировочный лагерь, который призван помочь будущим клиентам отточить свои навыки управления объектами через нейроинтерфейсы. Основная роль такого центра – обеспечение безопасного, стабильного и уверенного использования ПО Neurogress будь то дрон, механическая рука или робот. Тренировки будут осуществляться удалённо с использованием технологий виртуальной реальности.
• Neurogress Хаб. Данная платформа необходима для обеспечения коммуникации между отдельными разработчиками и участниками проекта. Здесь IT специалисты и технологические энтузиасты будут обмениваться опытом, общаться и разрабатывать совместные проекты. Плюс ко всему, планируется, что Хаб будет организовывать встречи офлайн (meet-up по тем или иным направлениям деятельности компании). Таким образом, Хаб позволит поддерживать разработку для максимально возможного количества устройств.
• Рынок разработки. Именно рынок разработки станет тем местом, где можно будет реализовать львиную часть NRG коинов для покупки готового ПО, совместимого железа, алгоритмов и различных сервисов. Вокруг каждого продукта будут группироваться производящая компания, сообщество разработчиков и партнёров. Производители оборудования, даже если они используют только часть решений Neurogress, будут иметь полную поддержку со стороны Neurogress (алгоритмы, взаимодействие с пользователями aka UX research, исследования и разработки и так далее). Кроме того, все предложенные и выпущенные продукты будут полностью категоризированные и доступны для лёгкого поиска.

Этапы проекта

На начальном, подготовительном этапе компания Neurogress разработала бета-версию ПО для нейроуправления и протестировала её на простом протезе руки и мини-роботах, собрав при этом важную статистическую информацию.

На следующем этапе, который продлится до лета 2018 года, команда планирует завершить циклы тестирования ПО и представить бета-версию управления протезом для 8 движений. Уже в мае после завершения первичного раунда TGE будет выпущена тестовая версия роботизированной руки и ПО для управления дронами. По завершении TGE Neurogress планирует представить своё собственное API и выложить исходники в открытый доступ. 

 Основные этапы финансирования проекта и объём работ, выполненный на собранные средства. Источник: презентация Neurogress, также доступно в WP Neurogress

Дальше – больше, в 2019 году будет запущена онлайн платформа, которая будет включать в себя несколько элементов для взаимодействия заказчиков, сторонних программистов и разработчиков ПО (об этом ниже), интеграция с IoT инфраструктурой, будет положено начало полноценной разработке механотронных протезов рук с оглядкой на собранную статистику.

Бизнес-модель

Потенциальными конкурентами Neurogress на создаваемом рынке нейроуправления устройствами являются: американская компания Cyber Kinetic, австралийская Immotio, и российский стартап из Skolkovo. На данный момент нет точного прогноза и сухих цифр для данного рынка, однако авторы NeuroNet предполагают, что различные нейротехнологии суммарно соберут около $ 1 триллиона к 2035 году. При этом рост будет в основном обеспечиваться за счёт массового спроса на аугментацию (искусственные уши, глаза, конечности), а также нейроморфных компьютеров и нейроинтерфейсов для управления домашними устройствами.

В краткосрочной перспективе команда Neurogress планирует пути монетизации, связанные с разработкой в следующих направлениях:

• ПО для систем нейроуправления
• Совместные проекты по интеграции нейроинтерфейсов для управления механизированными конечностями с лидерами индустрии
• Создание нейроусправляемых человекоподобных роботов и промышленных роботов совместно с ведущими производителями
• Создание и разработка рынка разработчиков ПО и инженеров
• Создание и разработка рынка для тренировочных алгоритмов
• Развитие экосистемы Neurogress

Плюс ко всему компания планирует создание рынка, где пользователи смогут создавать и продавать устройства для инвалидов, в основе которого будет лежать ПО от Neurogress. Монетизации будет вестись за счёт отчисления за пользование таким ПО. При этом, в зависимости от собранной суммы в ходе выпуска токенов, компания выложит в открытый доступ код, который каждый разработчик сможет построить под себя.

Чтобы поддерживать энтузиазм пользователей, компания создаст фонд экосистемы Neurogress, в который будет вложено 10% профита компании. Деньги фонда будут использованы для поддержки разработчиков и в образовательных целях. Монетизация достигается за счёт продажи пакетов тренировочных программ и билетов на семинары.

Основные рынки, куда планирует войти Neurogress (конкретные цифры по каждому рынку приведены в WP):

• Протезирование
• Роботизированные системы
• Интернет вещей
• Дроны и беспилотные летательные аппараты
• Виртуальная реальность (AR/MR/VR)
• Системы для умного дома

Вместо заключения

Стартап Neurogress ставит себе крайне амбициозные задачи, которые учёные пытались решить многие десятилетия, однако только сегодня с развитием систем ИИ и машинного обучения это становится возможным воплотить в коде и железе. Плюс ко всему, у команды разработчиков будет не так много времени на «раздумья». График разработки довольно плотный и не потерпит промедлений.

Уже совсем скоро, 10 февраля 2018 года стартует pre-TGE компания, в ходе планируется собрать порядка 15.7k ETH для полноценного финансирования проекта. Он продлится до 25 марта. Основной раунд же раунд начнётся 1 мая 2018 года и продлится 2 месяца до конца июня. За этот раунд планируется привлечь ещё 42.2k ETH. Суммарно команда предполагает выручить 58.5k ETH на развитие проекта.

Дополнительная информация:

сайт проекта, White-Paper, официальный телеграм-чат, медийная поддержка осуществляется через Facebook, Twitter, Medium и BitCoinTalk ANN.
Также у проекта есть программа поощрения Bounty Campaign с поддержкой участников через телеграм.