Quantumrun

КРЕДИТ ЗОБРАЖЕННЯ:

iStock

Штучні нервові системи: чи можуть роботи нарешті відчувати?

Штучні нервові системи можуть нарешті дати протезам і роботам кінцівки відчуття дотику.

Автор:
ім'я автора
Quantumrun Foresight
Листопад 24, 2023

Короткий огляд

Штучні нервові системи, черпаючи натхнення з біології людини, трансформують взаємодію між роботами та чуттєвим світом. Починаючи з основоположного дослідження 2018 року, де сенсорна нервова ланцюг могла розпізнавати шрифт Брайля, до створення Університетом Сінгапуру 2019 року штучної шкіри, яка перевершує тактильний зворотний зв’язок людини, ці системи швидко розвиваються. Дослідження Південної Кореї в 2021 році також продемонстрували систему, що реагує на світло, яка контролює роботизований рух. Ці технології обіцяють розширені протези чуття, людиноподібних роботів, покращену реабілітацію при неврологічних розладах, тактильну роботизовану підготовку та навіть розширені людські рефлекси, що потенційно революціонізує медицину, військову та космічні дослідження.

Контекст штучної нервової системи

Одне з перших досліджень штучних нервових систем було проведено в 2018 році, коли дослідники зі Стенфордського університету та Сеульського національного університету змогли створити нервову систему, яка могла б розпізнавати азбуку Брайля. Цей подвиг був уможливлений завдяки сенсорному нервовому ланцюгу, який можна помістити в схоже на шкіру покриття для протезів і м’якої робототехніки. Ця схема мала три компоненти, першим був датчик дотику, який міг виявляти невеликі точки тиску. Другим компонентом був гнучкий електронний нейрон, який отримував сигнали від датчика дотику. Комбінація першого та другого компонентів призвела до активації штучного синаптичного транзистора, який імітував синапси людини (нервові сигнали між двома нейронами, які передають інформацію). Дослідники перевірили свій нервовий ланцюг, підключивши його до лапки таргана та застосувавши різні рівні тиску до датчика. Нога смикалася відповідно до сили тиску.

Однією з головних переваг штучних нервових систем є те, що вони можуть імітувати те, як люди реагують на зовнішні подразники. Це те, чого традиційні комп’ютери не можуть зробити. Наприклад, звичайні комп’ютери не можуть достатньо швидко реагувати на зміну навколишнього середовища – те, що важливо для таких завдань, як керування протезами кінцівок і робототехніка. Але штучні нервові системи можуть це зробити, використовуючи техніку під назвою «спікування». Спайки — це спосіб передачі інформації, який базується на тому, як фактичні нейрони спілкуються один з одним у мозку. Це дозволяє передавати дані набагато швидше, ніж традиційні методи, такі як цифрові сигнали. Ця перевага робить штучні нервові системи добре пристосованими для завдань, які вимагають швидкої реакції, наприклад роботизованих маніпуляцій. Їх також можна використовувати для роботи, яка вимагає досвіду навчання, наприклад розпізнавання обличчя або навігація в складних середовищах.

Руйнівний вплив

У 2019 році Університет Сінгапуру зміг розробити одну з найдосконаліших штучних нервових систем, яка може надавати роботам відчуття дотику навіть краще, ніж людська шкіра. Цей пристрій під назвою Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES) обробляв окремі пікселі сенсора для швидкої передачі «даних відчуття». Попередні моделі штучної шкіри обробляли ці пікселі послідовно, що створювало затримку. Згідно з експериментами, проведеними командою, ACES навіть кращий, ніж людська шкіра, коли йдеться про тактильний відгук. Пристрій міг визначати тиск у понад 1,000 разів швидше, ніж сенсорна нервова система людини.

Тим часом у 2021 році дослідники з трьох південнокорейських університетів розробили штучну нервову систему, яка може реагувати на світло та виконувати основні завдання. Дослідження включало фотодіод, який перетворює світло в електричний сигнал, роботизовану руку, нейронну схему та транзистор, який працює як синапс. Щоразу, коли вмикається світло, фотодіод перетворює його на сигнали, які проходять через механічний транзистор. Далі сигнали обробляються нейронною ланцюгом, який дає команду роботизованій руці зловити м’яч, який запрограмований на падіння, щойно вмикається світло. Дослідники сподіваються розробити технологію, щоб робота-рука зрештою могла зловити м’яч, щойно він упаде. Основна мета цього дослідження — навчити людей із неврологічними захворюваннями відновлювати контроль над своїми кінцівками, які вони не можуть контролювати так швидко, як раніше.

Наслідки штучних нервових систем

Більш широкі наслідки штучних нервових систем можуть включати:

Створення людиноподібних роботів із людською шкірою, які можуть реагувати на подразники так само швидко, як люди.
Пацієнти, які перенесли інсульт, і люди з паралічем можуть відновити відчуття дотику за допомогою сенсорних ланцюгів, вбудованих у їхню нервову систему.
Навчання роботів стає більш тактильним, дистанційні оператори можуть відчувати, до чого торкаються роботи. Ця функція може бути зручною для дослідження космосу.
Удосконалення в розпізнаванні дотиків, коли машини можуть ідентифікувати об’єкти, одночасно бачачи та торкаючись їх.
Люди з розширеною або посиленою нервовою системою з швидшими рефлексами. Така розробка може бути вигідною для спортсменів і військових.