Sztuczne układy nerwowe: czy roboty w końcu czują?

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• Listopad 24, 2023

Podsumowanie spostrzeżeń

Sztuczne układy nerwowe, czerpiące inspirację z biologii człowieka, przekształcają interakcję między robotami a światem zmysłów. Począwszy od przełomowego badania z 2018 r., w którym obwód nerwów czuciowych mógł rozpoznać alfabet Braille'a, po stworzenie w 2019 r. na Uniwersytecie w Singapurze sztucznej skóry przewyższającej ludzkie wrażenia dotykowe, systemy te szybko się rozwijają. Badania w Korei Południowej przeprowadzone w 2021 r. dodatkowo wykazały system reagujący na światło, który kontroluje ruch robota. Technologie te obiecują ulepszone zmysły protetyczne, roboty przypominające ludzkie, lepszą rehabilitację upośledzenia neurologicznego, trening robotów dotykowych, a nawet wzmocnione ludzkie odruchy, co potencjalnie zrewolucjonizuje dziedziny medycyny, wojska i eksploracji kosmosu.

Kontekst sztucznych układów nerwowych

Jedno z pierwszych badań nad sztucznymi układami nerwowymi odbyło się w 2018 r., kiedy badaczom z Uniwersytetu Stanforda i Uniwersytetu Narodowego w Seulu udało się stworzyć system nerwowy rozpoznający alfabet Braille'a. Osiągnięcie to było możliwe dzięki obwodowi nerwu czuciowego, który można umieścić w przypominającej skórę osłonie na urządzenia protetyczne i miękką robotykę. Obwód ten składał się z trzech elementów, z których pierwszym był czujnik dotykowy, który mógł wykrywać małe punkty nacisku. Drugim elementem był elastyczny neuron elektroniczny, który odbierał sygnały z czujnika dotykowego. Połączenie pierwszego i drugiego składnika doprowadziło do aktywacji sztucznego tranzystora synaptycznego, który naśladował ludzkie synapsy (sygnały nerwowe między dwoma neuronami przekazującymi informacje). Naukowcy przetestowali obwód nerwowy, podłączając go do nogi karalucha i przykładając do czujnika różne poziomy ciśnienia. Noga drgała w zależności od zastosowanego nacisku.

Jedną z głównych zalet sztucznych układów nerwowych jest to, że mogą naśladować sposób, w jaki ludzie reagują na bodźce zewnętrzne. Jest to coś, czego nie potrafią tradycyjne komputery. Na przykład tradycyjne komputery nie są w stanie wystarczająco szybko reagować na zmieniające się środowisko, co jest niezbędne w przypadku takich zadań, jak kontrola protez kończyn i robotyka. Ale sztuczne układy nerwowe mogą tego dokonać, stosując technikę zwaną „kolcowaniem”. Spiking to sposób przekazywania informacji oparty na tym, jak rzeczywiste neurony komunikują się ze sobą w mózgu. Pozwala na znacznie szybszą transmisję danych niż tradycyjne metody, takie jak sygnały cyfrowe. Ta zaleta sprawia, że ​​sztuczne układy nerwowe dobrze nadają się do zadań wymagających szybkiej reakcji, takich jak manipulacje robotami. Można ich również używać do zadań wymagających zdobywania doświadczenia, takich jak rozpoznawanie twarzy lub nawigacja w skomplikowanych środowiskach.

Zakłócający wpływ

W 2019 roku Uniwersytetowi w Singapurze udało się opracować jeden z najbardziej zaawansowanych sztucznych układów nerwowych, który może zapewnić robotom zmysł dotyku nawet lepszy niż ludzka skóra. Urządzenie to, zwane Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES), przetwarzało pojedyncze piksele czujnika, aby szybko przesyłać „dane dotyczące uczuć”. Poprzednie modele sztucznej skóry przetwarzały te piksele sekwencyjnie, co powodowało opóźnienie. Jak wykazały eksperymenty przeprowadzone przez zespół, ACES jest nawet lepszy od ludzkiej skóry, jeśli chodzi o wrażenia dotykowe. Urządzenie mogło wykryć ciśnienie ponad 1,000 razy szybciej niż ludzki zmysłowy układ nerwowy.

Tymczasem w 2021 roku naukowcy z trzech południowokoreańskich uniwersytetów opracowali sztuczny układ nerwowy, który może reagować na światło i wykonywać podstawowe zadania. Badania obejmowały fotodiodę przekształcającą światło na sygnał elektryczny, robotyczną rękę, obwód neuronowy i tranzystor działający jak synapsa. Za każdym razem, gdy włączane jest światło, fotodioda przetwarza je na sygnały, które przesyłane są przez mechaniczny tranzystor. Sygnały są następnie przetwarzane przez obwód neuronowy, który wydaje automatycznej ręce polecenie złapania piłki zaprogramowanej tak, aby spadła natychmiast po włączeniu światła. Naukowcy mają nadzieję opracować tę technologię, dzięki której robotyczna ręka będzie w stanie w końcu złapać piłkę, gdy tylko spadnie. Głównym celem tego badania jest przeszkolenie osób ze schorzeniami neurologicznymi w zakresie odzyskiwania kontroli nad kończynami, nad którymi nie mogą pracować tak szybko, jak kiedyś. 

Implikacje sztucznych układów nerwowych

Szersze implikacje sztucznych układów nerwowych mogą obejmować: 

• Stworzenie humanoidalnych robotów o ludzkiej skórze, które potrafią reagować na bodźce równie szybko jak ludzie.
• Pacjenci po udarze i osoby z paraliżem mogą odzyskać zmysł dotyku dzięki obwodom czuciowym wbudowanym w ich układ nerwowy.
• Trening robotyczny staje się coraz bardziej dotykowy, a zdalni operatorzy mogą wyczuć, czego dotykają roboty. Ta funkcja może być przydatna podczas eksploracji kosmosu.
• Postęp w rozpoznawaniu dotyku, w ramach którego maszyny mogą identyfikować obiekty, jednocześnie je oglądając i dotykając.
• Ludzie posiadający wzmocniony lub wzmocniony układ nerwowy z szybszymi odruchami. Rozwój ten może być korzystny dla sportowców i żołnierzy.

Pytania do skomentowania

• Czy byłbyś zainteresowany ulepszonym układem nerwowym?
• Jakie są inne potencjalne korzyści robotów, które czują?