Kunstmatig zenuwstelsel: kunnen robots eindelijk voelen?

• Auteur:
• auteursnaam

  Quantumrun-prognose
• 24 november 2023

Samenvatting inzicht

Kunstmatige zenuwstelsels, geïnspireerd door de menselijke biologie, transformeren de interactie tussen robots en de zintuiglijke wereld. Beginnend met een baanbrekend onderzoek uit 2018 waarin een sensorisch zenuwcircuit braille kon onderscheiden, tot de creatie van een kunstmatige huid door de Universiteit van Singapore in 2019 die de menselijke tactiele feedback overtreft: deze systemen gaan snel vooruit. Zuid-Koreaans onderzoek in 2021 demonstreerde verder een op licht reagerend systeem dat robotbewegingen bestuurt. Deze technologieën beloven verbeterde prothetische zintuigen, mensachtige robots, verbeterde revalidatie voor neurologische beperkingen, tactiele robottraining en zelfs verbeterde menselijke reflexen, wat mogelijk een revolutie teweegbrengt in de medische, militaire en ruimteverkenningsvelden.

Context van het kunstmatige zenuwstelsel

Een van de allereerste onderzoeken naar kunstmatige zenuwstelsels vond plaats in 2018, toen onderzoekers van Stanford University en Seoul National University een zenuwstelsel konden creëren dat het braille-alfabet kon herkennen. Deze prestatie werd mogelijk gemaakt door een sensorisch zenuwcircuit dat in een huidachtige omhulling voor prothesen en zachte robotica kan worden geplaatst. Dit circuit bestond uit drie componenten, waarvan de eerste een aanraaksensor was die kleine drukpunten kon detecteren. Het tweede onderdeel was een flexibel elektronisch neuron dat de signalen van de aanraaksensor ontving. De combinatie van de eerste en tweede component leidde tot de activering van een kunstmatige synaptische transistor die menselijke synapsen nabootste (zenuwsignalen tussen twee neuronen die informatie doorgeven). De onderzoekers testten hun zenuwcircuit door het aan te sluiten op de poot van een kakkerlak en verschillende drukniveaus op de sensor uit te oefenen. Het been trilde afhankelijk van de hoeveelheid druk die werd uitgeoefend.

Een van de belangrijkste voordelen van kunstmatige zenuwstelsels is dat ze de manier kunnen nabootsen waarop mensen reageren op externe stimuli. Deze mogelijkheid is iets dat traditionele computers niet kunnen. Traditionele computers kunnen bijvoorbeeld niet snel genoeg reageren op veranderende omgevingen – iets dat essentieel is voor taken als de controle van prothetische ledematen en robotica. Maar kunstmatige zenuwstelsels kunnen dit doen door gebruik te maken van een techniek die ‘spiking’ wordt genoemd. Spiking is een manier om informatie over te dragen die gebaseerd is op de manier waarop echte neuronen in de hersenen met elkaar communiceren. Het maakt een veel snellere gegevensoverdracht mogelijk dan traditionele methoden zoals digitale signalen. Dit voordeel maakt kunstmatige zenuwstelsels zeer geschikt voor taken die snelle reacties vereisen, zoals robotmanipulatie. Ze kunnen ook worden gebruikt voor taken waarbij ervaring vereist is, zoals gezichtsherkenning of het navigeren in complexe omgevingen.

Disruptieve impact

In 2019 heeft de Universiteit van Singapore een van de meest geavanceerde kunstmatige zenuwstelsels kunnen ontwikkelen, die robots een tastgevoel kan geven dat zelfs beter is dan de menselijke huid. Dit apparaat, dat de Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES) wordt genoemd, verwerkte individuele sensorpixels om snel ‘gevoelsgegevens’ te verzenden. De vorige kunstmatige huidmodellen verwerkten deze pixels sequentieel, waardoor er vertraging ontstond. Volgens experimenten uitgevoerd door het team is ACES zelfs beter dan de menselijke huid als het gaat om tactiele feedback. Het apparaat kan druk meer dan 1,000 keer sneller detecteren dan het menselijke sensorische zenuwstelsel.

Ondertussen ontwikkelden onderzoekers van drie Zuid-Koreaanse universiteiten in 2021 een kunstmatig zenuwstelsel dat op licht kan reageren en basistaken kan uitvoeren. Het onderzoek omvatte een fotodiode die licht omzet in een elektrisch signaal, een robothand, een neuronencircuit en een transistor die als synaps werkt. Elke keer dat een lamp wordt aangestoken, vertaalt de fotodiode dit in signalen, die door de mechanische transistor gaan. De signalen worden vervolgens verwerkt door het neuronencircuit, dat de robothand de opdracht geeft de bal te vangen die is geprogrammeerd om te vallen zodra het licht aangaat. Onderzoekers hopen de technologie zo te ontwikkelen dat de robothand de bal uiteindelijk kan vangen zodra deze valt. Het belangrijkste doel achter deze studie is om mensen met neurologische aandoeningen te trainen om de controle over hun ledematen terug te krijgen, waar ze niet zo snel controle over hebben als vroeger. 

Implicaties van kunstmatige zenuwstelsels

Bredere implicaties van kunstmatige zenuwstelsels kunnen zijn: 

• De creatie van mensachtige robots met een mensachtige huid die net zo snel op prikkels kunnen reageren als mensen.
• Patiënten met een beroerte en mensen met verlammingsgerelateerde aandoeningen kunnen hun tastzin terugkrijgen via sensorische circuits die in hun zenuwstelsel zijn ingebed.
• Robottraining wordt tastbaarder, waarbij operators op afstand kunnen voelen wat de robots aanraken. Deze functie kan handig zijn bij ruimteverkenning.
• Vooruitgang in aanraakherkenning waarbij machines objecten kunnen identificeren door ze tegelijkertijd te zien en aan te raken.
• Mensen met een vergroot of verbeterd zenuwstelsel met snellere reflexen. Deze ontwikkeling kan voordelig zijn voor atleten en soldaten.

Vragen om op te reageren

• Zou u geïnteresseerd zijn in een verbeterd zenuwstelsel?
• Wat zijn de andere potentiële voordelen van robots die kunnen voelen?