lượng tử

TÍN DỤNG HÌNH ẢNH:

iStock

Hệ thống thần kinh nhân tạo: Robot cuối cùng có thể cảm nhận được không?

Hệ thống thần kinh nhân tạo cuối cùng có thể mang lại cho chân tay giả và robot cảm giác chạm.

tác giả:
tên tác giả
Tầm nhìn lượng tử
Tháng Mười Một 24, 2023

Tóm tắt thông tin chi tiết

Hệ thống thần kinh nhân tạo, lấy cảm hứng từ sinh học con người, đang biến đổi sự tương tác giữa robot và thế giới giác quan. Bắt đầu từ một nghiên cứu năm 2018, trong đó mạch thần kinh cảm giác có thể phân biệt chữ nổi Braille, cho đến việc Đại học Singapore tạo ra một loại da nhân tạo vượt qua phản hồi xúc giác của con người vào năm 2019, các hệ thống này đang phát triển nhanh chóng. Nghiên cứu của Hàn Quốc vào năm 2021 đã chứng minh thêm một hệ thống phản ứng với ánh sáng để điều khiển chuyển động của robot. Những công nghệ này hứa hẹn nâng cao các giác quan giả, robot giống con người, cải thiện khả năng phục hồi chức năng cho những người bị suy yếu thần kinh, huấn luyện robot xúc giác và thậm chí tăng cường phản xạ của con người, có khả năng cách mạng hóa các lĩnh vực y tế, quân sự và thám hiểm không gian.

Bối cảnh hệ thống thần kinh nhân tạo

Một trong những nghiên cứu đầu tiên về hệ thống thần kinh nhân tạo là vào năm 2018, khi các nhà nghiên cứu từ Đại học Stanford và Đại học Quốc gia Seoul có thể tạo ra một hệ thống thần kinh có thể nhận dạng bảng chữ cái chữ nổi Braille. Thành tích này được thực hiện nhờ một mạch thần kinh cảm giác có thể được đặt vào một lớp vỏ giống như da dành cho các thiết bị giả và robot mềm. Mạch này có ba thành phần, thành phần đầu tiên là cảm biến cảm ứng có thể phát hiện các điểm áp suất nhỏ. Thành phần thứ hai là một tế bào thần kinh điện tử linh hoạt nhận tín hiệu từ cảm biến cảm ứng. Sự kết hợp của thành phần thứ nhất và thứ hai đã dẫn đến việc kích hoạt một bóng bán dẫn khớp thần kinh nhân tạo bắt chước các khớp thần kinh của con người (tín hiệu thần kinh giữa hai tế bào thần kinh chuyển tiếp thông tin). Các nhà nghiên cứu đã kiểm tra mạch thần kinh của họ bằng cách nối nó vào chân gián và áp dụng các mức áp suất khác nhau lên cảm biến. Chân co giật tùy theo mức độ áp lực tác dụng.

Một trong những ưu điểm chính của hệ thần kinh nhân tạo là chúng có thể bắt chước cách con người phản ứng với các kích thích bên ngoài. Khả năng này là điều mà máy tính truyền thống không thể làm được. Ví dụ: máy tính truyền thống không thể phản ứng đủ nhanh trước sự thay đổi của môi trường – điều rất cần thiết cho các nhiệm vụ như điều khiển chân tay giả và chế tạo robot. Nhưng hệ thống thần kinh nhân tạo có thể thực hiện điều này bằng cách sử dụng một kỹ thuật gọi là “đi xe đạp”. Spiking là một cách truyền tải thông tin dựa trên cách các tế bào thần kinh thực sự giao tiếp với nhau trong não. Nó cho phép truyền dữ liệu nhanh hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống như tín hiệu số. Ưu điểm này khiến hệ thống thần kinh nhân tạo rất phù hợp cho những nhiệm vụ đòi hỏi phản ứng nhanh, chẳng hạn như thao tác với robot. Chúng cũng có thể được sử dụng cho các công việc đòi hỏi phải học hỏi kinh nghiệm, chẳng hạn như nhận dạng khuôn mặt hoặc điều hướng trong các môi trường phức tạp.

Tác động gián đoạn

Năm 2019, Đại học Singapore đã có thể phát triển một trong những hệ thống thần kinh nhân tạo tiên tiến nhất, có thể mang lại cho robot cảm giác chạm thậm chí còn tốt hơn da người. Được gọi là Da điện tử được mã hóa không đồng bộ (ACES), thiết bị này đã xử lý các pixel cảm biến riêng lẻ để truyền nhanh “dữ liệu cảm giác”. Các mô hình da nhân tạo trước đây đã xử lý các pixel này một cách tuần tự, điều này tạo ra độ trễ. Theo các thí nghiệm do nhóm thực hiện, ACES thậm chí còn tốt hơn da người khi xét đến phản hồi xúc giác. Thiết bị này có thể phát hiện áp lực nhanh hơn 1,000 lần so với hệ thần kinh cảm giác của con người.

Trong khi đó, vào năm 2021, các nhà nghiên cứu từ ba trường đại học Hàn Quốc đã phát triển một hệ thống thần kinh nhân tạo có thể phản ứng với ánh sáng và thực hiện các nhiệm vụ cơ bản. Nghiên cứu bao gồm một điốt quang chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện, bàn tay robot, mạch thần kinh và bóng bán dẫn hoạt động như một khớp thần kinh. Mỗi khi đèn được bật, photodiode sẽ chuyển nó thành tín hiệu truyền qua bóng bán dẫn cơ học. Sau đó, các tín hiệu được xử lý bởi mạch thần kinh, ra lệnh cho bàn tay robot bắt quả bóng được lập trình để thả xuống ngay khi đèn bật sáng. Các nhà nghiên cứu đang hy vọng phát triển công nghệ để bàn tay robot có thể bắt được quả bóng ngay khi nó rơi xuống. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là huấn luyện những người mắc bệnh thần kinh lấy lại khả năng kiểm soát các chi mà họ không thể kiểm soát nhanh như trước đây.

Ý nghĩa của hệ thống thần kinh nhân tạo

Ý nghĩa rộng hơn của hệ thống thần kinh nhân tạo có thể bao gồm:

Việc tạo ra những robot hình người có làn da giống con người có thể phản ứng với các kích thích nhanh như con người.
Bệnh nhân đột quỵ và những người mắc các bệnh liên quan đến liệt có thể lấy lại cảm giác chạm thông qua các mạch cảm giác được gắn trong hệ thống thần kinh của họ.
Việc đào tạo robot trở nên linh hoạt hơn, người vận hành từ xa có thể cảm nhận được những gì robot đang chạm vào. Tính năng này có thể hữu ích cho việc khám phá không gian.
Những tiến bộ trong nhận dạng cảm ứng trong đó máy móc có thể xác định vật thể bằng cách nhìn và chạm vào chúng cùng một lúc.
Con người có hệ thống thần kinh được tăng cường hoặc nâng cao với phản xạ nhanh hơn. Sự phát triển này có thể có lợi cho các vận động viên và binh lính.