Нейробиология придет на помощь инженерам в разработке систем управления Smart Grid

Группа ученых в США проводит эксперименты с искусственно выращенными живыми нейронами. Исследователи надеются создать компьютерный код для действующей по образу и подобию человеческого мозга перспективной системы управления электросетями.

Совместными усилиями американские нейробиологи и инженеры пытаются решить одну из ключевых задач, стоящих перед электросетью США: обеспечение ее надежности и устойчивого функционирования.

Для управления симулятором электрической сети, в лабораторных условиях используются живые нейроны, выращенные в Чашке Петри. Предметом изучения в настоящий момент является то, каким образом нервная сеть воспринимает и реагирует на сложную информацию. Ученые рассчитывают, что это может подсказать им методы эффективного управления энергетикой страны – прежде всего, с точки зрения соблюдения требуемого баланса спроса и предложения в масштабах национальной электросети.

Руководит коллективом исследователей профессор Ганеш Купар Венаягамурти (Ganesh Kumar Venayagamoorthy) из лаборатории энергетики и умных систем реального времени Университета Клемсона (Real-Time Power and Intelligent Systems Laboratory, Clemson University, США). Помимо него, большой объем исследований возложен на Стива Поттера (Steve Potter), директора лаборатории нейроконструирования, доцента Технического института Джорджии (Laboratory for NeuroEngineering, Georgia Institute of Technology).

Суть задачи и стоящей за нею проблемы в том, что деятельность человеческого мозга коренным образом отличается от работы привычных счетно-вычислительный систем. Поэтому прежде всего ученые решили выяснить, каким образом мозг воспринимает и обобщает полученную информацию.

По разработанному г-ном Поттером методу, выращенные в Чашке Петри живые нейроны окружены сетью из электродов, которые одновременно стимулируют и регистрируют активность первых. Электроды соединяют нейронную сеть с компьютером, что позволяет добиться двусторонней связи между живыми и электронными компонентами.

Успешность и эффективность такого метода уже подтверждали прежние эксперименты г-на Поттера: опыты показали, что сеть из живых нейронов способна контролировать действия компьютерных симуляторов животных и простейших роботов.

В настоящем проекте нейронная сеть «обучается» распознавать и отвечать на сигналы напряжения, подаваемые симулятором электрической сети, который сконструировал профессор Венаягамурти.

«Задача заключается в переводе физических и функциональных изменений, которые происходят по мере того, как сеть из живых нейронов получает данные о математических уравнениях. В конечном счете это приведет к выработке умной системы управления, чем-то сходной с деятельностью головного мозга», – поясняет профессор Венаягамурти.

Однако в итоге живые клетки головного мозга не будут участвовать в окончательной схеме. Продуктом проводимых экспериментов, как ожидается, станет смоделированный на основе работы мозга компьютерный код. Он, как поясняет руководитель исследовательской группы, станет основой рабочей системы, которая будет способна «осуществлять мониторинг, делать прогнозы, планировать, обучаться и принимать решения».

Все успешные результаты опытов ученые объединяют в продукт под названием «биологически-индуцированная суррогатная нейронная сеть» (bio-inspired artificial neural networks (BIANNS). Это решение уже способно контролировать подключенные к энергосистеме синхронные генераторы. Иные подробности действия BIANNS не сообщаются.

Проект поддержан Бюро по перспективным областям в исследованиях и инновациях (Office of Emerging Frontiers in Research and Innovation, EFRI), подразделением государственного Национального научного фонда США (National Science Foundation, NSF).