Sistema nervoso artificiale: i robot possono finalmente sentire?

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  Preveggenza quantistica
• 24 Novembre 2023

Riepilogo approfondimenti

I sistemi nervosi artificiali, traendo ispirazione dalla biologia umana, stanno trasformando l’interazione tra i robot e il mondo sensoriale. A partire da uno studio fondamentale del 2018 in cui un circuito nervoso sensoriale potrebbe discernere il Braille, fino alla creazione da parte dell’Università di Singapore del 2019 di una pelle artificiale che supera il feedback tattile umano, questi sistemi stanno rapidamente avanzando. La ricerca sudcoreana nel 2021 ha ulteriormente dimostrato un sistema sensibile alla luce che controlla il movimento robotico. Queste tecnologie promettono sensi protesici potenziati, robot simili a quelli umani, una migliore riabilitazione per disturbi neurologici, addestramento robotico tattile e persino riflessi umani potenziati, rivoluzionando potenzialmente i campi medico, militare e di esplorazione spaziale.

Contesto del sistema nervoso artificiale

Uno dei primissimi studi sui sistemi nervosi artificiali è stato nel 2018, quando i ricercatori della Stanford University e della Seoul National University sono stati in grado di creare un sistema nervoso in grado di riconoscere l’alfabeto Braille. Questa impresa è stata resa possibile da un circuito nervoso sensoriale che può essere inserito in un rivestimento simile alla pelle per dispositivi protesici e robotica morbida. Questo circuito aveva tre componenti, il primo era un sensore tattile in grado di rilevare piccoli punti di pressione. Il secondo componente era un neurone elettronico flessibile che riceveva i segnali dal sensore tattile. La combinazione del primo e del secondo componente ha portato all’attivazione di un transistor sinaptico artificiale che imitava le sinapsi umane (segnali nervosi tra due neuroni che trasmettono informazioni). I ricercatori hanno testato il loro circuito nervoso collegandolo alla zampa di uno scarafaggio e applicando diversi livelli di pressione al sensore. La gamba si contraeva in base alla quantità di pressione applicata.

Uno dei principali vantaggi dei sistemi nervosi artificiali è che possono imitare il modo in cui gli esseri umani rispondono agli stimoli esterni. Questa capacità è qualcosa che i computer tradizionali non possono fare. Ad esempio, i computer tradizionali non possono reagire abbastanza rapidamente ai cambiamenti ambientali, cosa essenziale per compiti come il controllo degli arti protesici e la robotica. Ma i sistemi nervosi artificiali possono farlo utilizzando una tecnica chiamata “spiking”. Lo spiking è un modo di trasmettere informazioni basato sul modo in cui i neuroni reali comunicano tra loro nel cervello. Consente una trasmissione dei dati molto più veloce rispetto ai metodi tradizionali come i segnali digitali. Questo vantaggio rende i sistemi nervosi artificiali adatti per compiti che richiedono reazioni rapide, come la manipolazione robotica. Possono essere utilizzati anche per lavori che richiedono apprendimento tramite esperienza, come il riconoscimento facciale o la navigazione in ambienti complessi.

Impatto dirompente

Nel 2019, l’Università di Singapore è riuscita a sviluppare uno dei sistemi nervosi artificiali più avanzati, in grado di dare ai robot un senso del tatto addirittura migliore di quello della pelle umana. Chiamato Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES), questo dispositivo elaborava i singoli pixel del sensore per trasmettere rapidamente “dati sulle sensazioni”. I precedenti modelli di pelle artificiale elaboravano questi pixel in sequenza, creando un ritardo. Secondo gli esperimenti condotti dal team, ACES è addirittura migliore della pelle umana per quanto riguarda il feedback tattile. Il dispositivo potrebbe rilevare la pressione oltre 1,000 volte più velocemente del sistema nervoso sensoriale umano.

Nel frattempo, nel 2021, i ricercatori di tre università sudcoreane hanno sviluppato un sistema nervoso artificiale in grado di rispondere alla luce e svolgere compiti di base. Lo studio comprendeva un fotodiodo che converte la luce in un segnale elettrico, una mano robotica, un circuito neuronale e un transistor che funziona come una sinapsi. Ogni volta che si accende una luce, il fotodiodo la traduce in segnali, che viaggiano attraverso il transistor meccanico. I segnali vengono poi elaborati dal circuito neuronale, che comanda alla mano robotica di afferrare la palla che è programmata per cadere non appena la luce si accende. I ricercatori sperano di sviluppare la tecnologia in modo che la mano robotica possa eventualmente afferrare la palla non appena cade. L'obiettivo principale di questo studio è addestrare le persone con patologie neurologiche a riprendere il controllo dei propri arti che non riescono a controllare così rapidamente come prima. 

Implicazioni del sistema nervoso artificiale

Implicazioni più ampie dei sistemi nervosi artificiali possono includere: 

• La creazione di robot umanoidi con pelle simile a quella umana in grado di rispondere agli stimoli con la stessa rapidità degli esseri umani.
• I pazienti colpiti da ictus e le persone con condizioni legate alla paralisi sono in grado di riacquistare il senso del tatto attraverso circuiti sensoriali incorporati nel loro sistema nervoso.
• L’addestramento robotico diventa più tattile, con operatori remoti in grado di sentire ciò che i robot stanno toccando. Questa funzione può essere utile per l'esplorazione dello spazio.
• Progressi nel riconoscimento tattile in cui le macchine possono identificare gli oggetti vedendoli e toccandoli contemporaneamente.
• Umani che hanno un sistema nervoso potenziato o potenziato con riflessi più rapidi. Questo sviluppo può essere vantaggioso per atleti e soldati.

Domande da commentare

• Ti interesserebbe avere un sistema nervoso potenziato?
• Quali sono gli altri potenziali vantaggi dei robot sensibili?