人工神经系统：机器人终于有感觉了吗？

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  量子运行远见
• 2023 年 11 月 24 日

洞察总结

人工神经系统从人类生物学中汲取灵感，正在改变机器人与感官世界之间的互动。 从 2018 年一项开创性的感觉神经回路可以识别盲文的研究开始，到新加坡大学 2019 年创造出超越人类触觉反馈的人造皮肤，这些系统正在迅速发展。 韩国2021年的研究进一步展示了控制机器人运动的光响应系统。 这些技术有望增强假肢感官、类人机器人、改善神经损伤的康复、触觉机器人训练，甚至增强人类反应能力，有可能彻底改变医疗、军事和太空探索领域。

人工神经系统背景

人工神经系统的最早研究之一是在 2018 年，当时斯坦福大学和首尔国立大学的研究人员能够创建一个可以识别盲文字母的神经系统。 这一壮举是通过感觉神经回路实现的，该感觉神经回路可以放置在假肢装置和软机器人的类皮肤覆盖物中。 该电路由三个组件组成，第一个组件是可以检测小压力点的触摸传感器。 第二个组件是一个灵活的电子神经元，它接收来自触摸传感器的信号。 第一个和第二个组件的组合导致了模仿人类突触（传递信息的两个神经元之间的神经信号）的人工突触晶体管的激活。 研究人员通过将其连接到蟑螂腿并向传感器施加不同的压力水平来测试他们的神经回路。 腿根据施加的压力大小而抽搐。

人工神经系统的主要优点之一是它们可以模仿人类对外部刺激的反应方式。 这种能力是传统计算机无法做到的。 例如，传统计算机无法对不断变化的环境做出足够快的反应，而这对于假肢控制和机器人等任务至关重要。 但人工神经系统可以通过使用一种称为“尖峰”的技术来做到这一点。 尖峰是一种基于大脑中实际神经元如何相互通信的信息传输方式。 它允许比数字信号等传统方法更快的数据传输。 这一优势使得人工神经系统非常适合需要快速反应的任务，例如机器人操作。 它们还可以用于需要经验学习的工作，例如面部识别或复杂环境中的导航。

破坏性影响

2019年，新加坡大学得以开发出最先进的人工神经系统之一，可以赋予机器人甚至比人类皮肤更好的触觉。 该设备被称为异步编码电子皮肤（ACES），它处理单个传感器像素以快速传输“感觉数据”。 以前的人造皮肤模型按顺序处理这些像素，这会产生滞后。 根据团队的实验，ACES 在触觉反馈方面甚至比人类皮肤还要好。 该设备检测压力的速度比人类感觉神经系统快 1,000 倍以上。

与此同时，2021 年，来自三所韩国大学的研究人员开发了一种人工神经系统，可以对光做出反应并执行基本任务。 该研究包括将光转换为电信号的光电二极管、机械手、神经元电路和用作突触的晶体管。 每次打开灯时，光电二极管都会将其转换为信号，然后通过机械晶体管传播。 然后，信号由神经元电路处理，神经元电路命令机器人手接住被编程为在灯一亮就掉落的球。 研究人员希望开发这项技术，使机器人手最终能够在球落下时立即接住球。 这项研究的主要目标是训练患有神经系统疾病的人重新获得对他们无法像以前那样快速控制的肢体的控制。 

人工神经系统的影响

人工神经系统的更广泛影响可能包括： 

• 创造具有类人皮肤的人形机器人，可以像人类一样快速地对刺激作出反应。
• 中风患者和患有瘫痪相关疾病的人能够通过神经系统中嵌入的感觉回路重新获得触觉。
• 机器人训练变得更加触觉化，远程操作员能够感觉到机器人正在触摸的东西。 此功能对于太空探索非常方便。
• 触摸识别方面的进步，机器可以通过同时查看和触摸物体来识别物体。
• 人类的神经系统得到增强或增强，反应速度更快。 这种发展对运动员和士兵来说是有利的。

要评论的问题

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