Quantumrun

KÉP HITEL:

iStock

Mesterséges idegrendszerek: végre érzik a robotok?

A mesterséges idegrendszerek végre megadhatják a protézisek és a robotizált végtagok tapintását.

Szerző:
Szerző neve
Quantumrun Foresight
November 24, 2023

Insight összefoglaló

A mesterséges idegrendszerek az emberi biológiából merítve átalakítják a robotok és az érzékszervi világ közötti interakciót. Kezdve egy 2018-as alapvetô vizsgálattal, amelyben egy szenzoros idegkör képes felismerni a Braille-írást, egészen a Szingapúri Egyetem 2019-es mesterséges bôrének megalkotásáig, amely felülmúlja az emberi tapintási visszajelzést, ezek a rendszerek gyorsan fejlôdnek. A 2021-es dél-koreai kutatások tovább demonstráltak egy fényre reagáló rendszert, amely szabályozza a robotok mozgását. Ezek a technológiák továbbfejlesztett protetikai érzékszerveket, emberszerű robotokat, jobb rehabilitációt neurológiai károsodások esetén, tapintható robotképzést és még az emberi reflexek kibővítését is ígérik, ami forradalmasíthatja az orvosi, katonai és űrkutatási területeket.

Mesterséges idegrendszeri kontextus

Az egyik legelső mesterséges idegrendszeri tanulmány 2018-ban volt, amikor a Stanford Egyetem és a Szöuli Nemzeti Egyetem kutatói olyan idegrendszert tudtak létrehozni, amely képes felismerni a Braille-ábécét. Ezt a bravúrt egy szenzoros idegkör tette lehetővé, amely bőrszerű burkolatba helyezhető protézisek és puha robotika számára. Ennek az áramkörnek három összetevője volt, az első egy érintésérzékelő, amely képes érzékelni a kis nyomáspontokat. A második komponens egy rugalmas elektronikus neuron volt, amely fogadta az érintésérzékelő jeleit. Az első és a második komponens kombinációja egy mesterséges szinaptikus tranzisztor aktiválásához vezetett, amely utánozta az emberi szinapszisokat (az információkat közvetítő idegi jelek két neuron között). A kutatók úgy tesztelték idegkörüket, hogy egy csótánylábhoz akasztották, és különböző nyomásszinteket fejtettek ki az érzékelőre. A láb az alkalmazott nyomás mértékének megfelelően megrándult.

A mesterséges idegrendszerek egyik fő előnye, hogy képesek utánozni az ember külső ingerekre adott reakcióját. Ez a képesség olyan, amire a hagyományos számítógépek nem képesek. Például a hagyományos számítógépek nem tudnak elég gyorsan reagálni a változó környezetekre – ami elengedhetetlen olyan feladatokhoz, mint a végtagprotézis-szabályozás és a robotika. De a mesterséges idegrendszerek ezt megtehetik a „spiking” nevű technika használatával. A spiking az információ továbbításának egyik módja, amely azon alapul, hogy a tényleges neuronok hogyan kommunikálnak egymással az agyban. Sokkal gyorsabb adatátvitelt tesz lehetővé, mint a hagyományos módszerek, például a digitális jelek. Ez az előny a mesterséges idegrendszert alkalmassá teszi olyan gyors reakciókat igénylő feladatokra, mint például a robotmanipuláció. Használhatók olyan munkákhoz is, amelyek tapasztalati tanulást igényelnek, például arcfelismerést vagy összetett környezetekben való navigálást.

Bomlasztó hatás

A Szingapúri Egyetemen 2019-ben sikerült kifejleszteni az egyik legfejlettebb mesterséges idegrendszert, amely még az emberi bőrnél is jobb tapintásérzetet tud adni a robotoknak. Az Asynchronous Coded Electronic Skin-nek (ACES) nevezett eszköz az egyes érzékelőpixeleket dolgozta fel, hogy gyorsan továbbítsa az „érzési adatokat”. A korábbi mesterséges bőrmodellek szekvenciálisan dolgozták fel ezeket a pixeleket, ami késést okozott. A csapat által végzett kísérletek szerint az ACES még az emberi bőrnél is jobb, ha tapintható visszajelzésről van szó. Az eszköz több mint 1,000-szer gyorsabban képes érzékelni a nyomást, mint az emberi érzékszervi idegrendszer.

Eközben 2021-ben három dél-koreai egyetem kutatói olyan mesterséges idegrendszert fejlesztettek ki, amely képes reagálni a fényre és elvégezni az alapvető feladatokat. A tanulmány tartalmazott egy fotodiódát, amely a fényt elektromos jellé alakítja, egy robotkezet, egy neuronáramkört és egy tranzisztort, amely szinapszisként működik. Valahányszor felkapcsolják a lámpát, a fotodióda jelekké alakítja azt át, amelyek a mechanikus tranzisztoron keresztül haladnak. A jeleket ezután a neuronáramkör dolgozza fel, amely parancsot ad a robotkéznek, hogy elkapja a leejteni programozott labdát, amint a lámpa felkapcsol. A kutatók abban reménykednek, hogy kifejlesztik a technológiát, hogy a robotkéz végül elkapja a labdát, amint az leesik. Ennek a tanulmánynak a fő célja az, hogy neurológiai betegségben szenvedőket képezzen ki, hogy visszanyerjék az uralmat végtagjaik felett, amelyeket nem tudnak olyan gyorsan irányítani, mint korábban.

A mesterséges idegrendszer következményei

A mesterséges idegrendszer tágabb következményei lehetnek:

Humanoid robotok létrehozása emberszerű bőrrel, amelyek olyan gyorsan tudnak reagálni az ingerekre, mint az emberek.
A stroke-os betegek és a bénultságban szenvedők képesek visszanyerni tapintásukat az idegrendszerükbe ágyazott szenzoros áramkörökön keresztül.
A robotoktatás egyre tapinthatóbbá válik, és a távoli kezelők érezhetik, mit érintenek a robotok. Ez a funkció hasznos lehet az űrkutatáshoz.
Fejlődés az érintésfelismerésben, ahol a gépek azonosítani tudják a tárgyakat úgy, hogy egyszerre látják és érintik őket.
Azok az emberek, akiknek megnövelt vagy fokozott idegrendszerük van, gyorsabb reflexekkel. Ez a fejlesztés előnyös lehet a sportolók és a katonák számára.