Quantumrun

OBRÁZOK PRE OBRÁZOK:

iStock

Umelé nervové systémy: Môžu roboty konečne cítiť?

Umelé nervové systémy môžu konečne poskytnúť protetickým a robotickým končatinám pocit dotyku.

Autor:
meno autora
Predvídavosť Quantumrun
Novembra 24, 2023

Súhrn prehľadu

Umelé nervové systémy, ktoré čerpajú inšpiráciu z biológie človeka, transformujú interakciu medzi robotmi a zmyslovým svetom. Počnúc kľúčovou štúdiou z roku 2018, kde zmyslový nervový obvod mohol rozpoznať Braillovo písmo, až po vytvorenie umelej kože, ktorá prevyšuje ľudskú hmatovú spätnú väzbu, v roku 2019 na univerzite v Singapure, tieto systémy rýchlo napredujú. Juhokórejský výskum v roku 2021 ďalej preukázal systém reagujúci na svetlo, ktorý riadi robotický pohyb. Tieto technológie sľubujú vylepšené protetické zmysly, roboty podobné ľuďom, zlepšenú rehabilitáciu pri neurologických poruchách, hmatový robotický tréning a dokonca rozšírené ľudské reflexy, čo môže spôsobiť revolúciu v oblasti medicíny, armády a výskumu vesmíru.

Kontext umelého nervového systému

Jedna z úplne prvých štúdií o umelých nervových systémoch bola v roku 2018, keď vedci zo Stanfordskej univerzity a Národnej univerzity v Soule dokázali vytvoriť nervový systém, ktorý by dokázal rozpoznať Braillovo písmo. Tento výkon bol umožnený obvodom zmyslových nervov, ktorý možno umiestniť do krytu podobného koži pre protetické zariadenia a mäkkú robotiku. Tento obvod mal tri komponenty, pričom prvým bol dotykový senzor, ktorý dokázal rozpoznať malé tlakové body. Druhým komponentom bol flexibilný elektronický neurón, ktorý prijímal signály z dotykového senzora. Kombinácia prvej a druhej zložky viedla k aktivácii umelého synaptického tranzistora, ktorý napodobňoval ľudské synapsie (nervové signály medzi dvoma neurónmi, ktoré prenášajú informácie). Výskumníci otestovali svoj nervový obvod tak, že ho pripojili k švábovej nohe a použili na senzor rôzne úrovne tlaku. Noha sa trhla podľa veľkosti vyvíjaného tlaku.

Jednou z hlavných výhod umelých nervových systémov je, že dokážu napodobňovať spôsob, akým ľudia reagujú na vonkajšie podnety. Táto schopnosť je niečo, čo tradičné počítače nedokážu. Tradičné počítače napríklad nedokážu dostatočne rýchlo reagovať na meniace sa prostredie – niečo, čo je nevyhnutné pre úlohy, ako je kontrola protetických končatín a robotika. Ale umelé nervové systémy to dokážu pomocou techniky nazývanej „špikovanie“. Spiking je spôsob prenosu informácií, ktorý je založený na tom, ako skutočné neuróny medzi sebou komunikujú v mozgu. Umožňuje oveľa rýchlejší prenos dát ako tradičné metódy, ako sú digitálne signály. Vďaka tejto výhode sú umelé nervové systémy vhodné pre úlohy, ktoré vyžadujú rýchle reakcie, ako je napríklad robotická manipulácia. Môžu byť tiež použité pre úlohy vyžadujúce učenie sa skúsenosťami, ako je rozpoznávanie tváre alebo navigácia v zložitých prostrediach.

Rušivý vplyv

V roku 2019 dokázala Singapurská univerzita vyvinúť jeden z najpokročilejších umelých nervových systémov, ktorý dokáže dať robotom pocit dotyku, ktorý je ešte lepší ako ľudská koža. Toto zariadenie s názvom Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES) spracovávalo jednotlivé pixely snímača na rýchly prenos „údajov o pocitoch“. Predchádzajúce modely umelej kože spracovávali tieto pixely postupne, čo spôsobilo oneskorenie. Podľa experimentov vykonaných tímom je ACES ešte lepší ako ľudská koža, pokiaľ ide o hmatovú spätnú väzbu. Zariadenie dokázalo detekovať tlak viac ako 1,000-krát rýchlejšie ako ľudský zmyslový nervový systém.

Medzitým v roku 2021 výskumníci z troch juhokórejských univerzít vyvinuli umelý nervový systém, ktorý dokáže reagovať na svetlo a vykonávať základné úlohy. Štúdia zahŕňala fotodiódu, ktorá premieňa svetlo na elektrický signál, robotickú ruku, neurónový obvod a tranzistor, ktorý funguje ako synapsia. Zakaždým, keď sa rozsvieti svetlo, fotodióda ho prevedie na signály, ktoré prechádzajú cez mechanický tranzistor. Signály potom spracuje neurónový obvod, ktorý prikáže robotickej ruke, aby chytila loptičku, ktorá je naprogramovaná tak, aby spadla hneď, ako sa rozsvieti svetlo. Výskumníci dúfajú, že vyvinú technológiu tak, aby robotická ruka mohla nakoniec chytiť loptu hneď, ako spadne. Hlavným cieľom tejto štúdie je vyškoliť ľudí s neurologickými problémami, aby znovu získali kontrolu nad svojimi končatinami, ktoré nedokážu ovládať tak rýchlo ako predtým.

Dôsledky umelých nervových systémov

Širšie dôsledky umelých nervových systémov môžu zahŕňať:

Vytvorenie humanoidných robotov s ľudskou pokožkou, ktorí dokážu reagovať na podnety rovnako rýchlo ako ľudia.
Pacienti s mŕtvicou a ľudia so stavmi súvisiacimi s paralýzou, ktorí sú schopní znovu získať zmysel pre dotyk prostredníctvom zmyslových obvodov zabudovaných do ich nervového systému.
Robotický tréning sa stáva hmatateľnejším, pričom vzdialení operátori môžu cítiť, čoho sa roboti dotýkajú. Táto funkcia môže byť užitočná pri prieskume vesmíru.
Pokroky v rozpoznávaní dotykov, kde stroje dokážu identifikovať objekty tak, že ich súčasne vidia a dotýkajú sa ich.
Ľudia s rozšíreným alebo vylepšeným nervovým systémom s rýchlejšími reflexmi. Tento vývoj môže byť výhodný pre športovcov a vojakov.