Umjetni živčani sustavi: Mogu li roboti napokon osjećati?

• Autor:
• ime autora

  Quantumrun Foresight
• Studenog 24, 2023

Sažetak uvida

Umjetni živčani sustavi, crpeći inspiraciju iz ljudske biologije, transformiraju interakciju između robota i osjetilnog svijeta. Počevši od temeljne studije iz 2018. u kojoj je senzorni živčani krug mogao raspoznati Brailleovo pismo, do stvaranja umjetne kože na Sveučilištu u Singapuru 2019. koja nadmašuje ljudsku taktilnu povratnu informaciju, ovi sustavi brzo napreduju. Južnokorejsko istraživanje 2021. dodatno je pokazalo sustav koji reagira na svjetlo i kontrolira kretanje robota. Ove tehnologije obećavaju poboljšana protetička osjetila, robote nalik čovjeku, poboljšanu rehabilitaciju za neurološke poremećaje, taktilni robotski trening, pa čak i pojačane ljudske reflekse, potencijalno revolucionirajući područja medicine, vojske i istraživanja svemira.

Kontekst umjetnih živčanih sustava

Jedna od prvih studija o umjetnim živčanim sustavima bila je 2018., kada su istraživači sa Sveučilišta Stanford i Nacionalnog sveučilišta u Seulu uspjeli stvoriti živčani sustav koji može prepoznati Brailleovu abecedu. Ovaj pothvat omogućio je senzorni živčani krug koji se može staviti u omotač poput kože za protetske uređaje i meku robotiku. Ovaj sklop imao je tri komponente, a prva je bila senzor dodira koji je mogao otkriti male točke pritiska. Druga komponenta bio je fleksibilni elektronički neuron koji je primao signale sa senzora za dodir. Kombinacija prve i druge komponente dovela je do aktivacije umjetnog sinaptičkog tranzistora koji je oponašao ljudske sinapse (živčani signali između dva neurona koji prenose informacije). Istraživači su testirali njihov živčani krug tako što su ga spojili na nogu žohara i primjenjivali različite razine pritiska na senzor. Noga se trzala u skladu s primijenjenom količinom pritiska.

Jedna od glavnih prednosti umjetnih živčanih sustava je ta što mogu oponašati način na koji ljudi reagiraju na vanjske podražaje. Ova mogućnost je nešto što tradicionalna računala ne mogu. Na primjer, tradicionalna računala ne mogu dovoljno brzo reagirati na promjenjivo okruženje – nešto što je bitno za zadatke poput kontrole protetskih udova i robotike. Ali umjetni živčani sustavi to mogu učiniti pomoću tehnike koja se zove "spiking". Šiljanje je način prijenosa informacija koji se temelji na tome kako stvarni neuroni međusobno komuniciraju u mozgu. Omogućuje mnogo brži prijenos podataka od tradicionalnih metoda poput digitalnih signala. Ova prednost čini umjetne živčane sustave prikladnima za zadatke koji zahtijevaju brze reakcije, kao što je robotska manipulacija. Također se mogu koristiti za poslove koji zahtijevaju iskustvo učenja, kao što je prepoznavanje lica ili snalaženje u složenim okruženjima.

Razarajući učinak

Godine 2019. Sveučilište u Singapuru uspjelo je razviti jedan od najnaprednijih umjetnih živčanih sustava, koji robotima može dati osjećaj dodira koji je čak bolji od ljudske kože. Nazvan Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES), ovaj uređaj je obrađivao pojedinačne piksele senzora za brz prijenos "podataka o osjećajima". Prethodni modeli umjetne kože obrađivali su ove piksele sekvencijalno, što je stvorilo kašnjenje. Prema eksperimentima koje je proveo tim, ACES je čak bolji od ljudske kože kada je u pitanju taktilna povratna informacija. Uređaj je mogao detektirati pritisak preko 1,000 puta brže od ljudskog osjetilnog živčanog sustava.

U međuvremenu, 2021. istraživači s triju južnokorejskih sveučilišta razvili su umjetni živčani sustav koji može reagirati na svjetlost i obavljati osnovne zadatke. Studija se sastojala od fotodiode koja pretvara svjetlost u električni signal, robotske ruke, neuronskog kruga i tranzistora koji radi kao sinapsa. Svaki put kad se upali svjetlo, fotodioda ga prevodi u signale koji putuju kroz mehanički tranzistor. Signale zatim obrađuje neuronski krug, koji naređuje robotskoj ruci da uhvati loptu koja je programirana da padne čim se svjetlo upali. Istraživači se nadaju da će razviti tehnologiju tako da robotska ruka na kraju može uhvatiti loptu čim padne. Glavni cilj ove studije je osposobiti ljude s neurološkim poremećajima da povrate kontrolu nad svojim udovima koje ne mogu kontrolirati tako brzo kao prije. 

Implikacije umjetnih živčanih sustava

Šire implikacije umjetnih živčanih sustava mogu uključivati: 

• Stvaranje humanoidnih robota s ljudskom kožom koji mogu reagirati na podražaje jednako brzo kao ljudi.
• Pacijenti s moždanim udarom i ljudi sa stanjima povezanima s paralizom mogu povratiti svoj osjet dodira putem osjetilnih krugova ugrađenih u njihov živčani sustav.
• Robotski trening postaje taktilniji, s daljinskim operaterima koji mogu osjetiti što roboti dodiruju. Ova značajka može biti korisna za istraživanje svemira.
• Napredak u prepoznavanju dodira gdje strojevi mogu identificirati objekte tako da ih istovremeno gledaju i dodiruju.
• Ljudi koji imaju povećan ili poboljšan živčani sustav s bržim refleksima. Ovaj razvoj može biti koristan za sportaše i vojnike.

Pitanja za komentar

• Biste li bili zainteresirani za poboljšan živčani sustav?
• Koje su druge potencijalne prednosti robota koje mogu osjetiti?