人工神經系統：機器人終於有感覺了嗎？

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  量子運行遠見
• 2023 年 11 月 24 日

洞察總結

人工神經系統從人類生物學中汲取靈感，正在改變機器人與感官世界之間的互動。 從 2018 年一項開創性的感覺神經迴路可以識別點字的研究開始，到新加坡大學 2019 年創造出超越人類觸覺回饋的人造皮膚，這些系統正在迅速發展。 韓國2021年的研究進一步展示了控制機器人運動的光響應系統。 這些技術可望增強義肢感官、類人機器人、改善神經損傷的復健、觸覺機器人訓練，甚至增強人類反應能力，有可能徹底改變醫療、軍事和太空探索領域。

人工神經系統背景

人工神經系統的最早研究之一是在 2018 年，當時史丹佛大學和首爾國立大學的研究人員能夠創建一個可以識別點字字母的神經系統。 這項壯舉是透過感覺神經迴路來實現的，這種感覺神經迴路可以放置在義肢裝置和軟機器人的類皮膚覆蓋物中。 電路由三個組件組成，第一個組件是可以偵測小壓力點的觸控感測器。 第二個組件是一個靈活的電子神經元，它接收來自觸摸感測器的訊號。 第一個和第二個組件的組合導致了模仿人類突觸（傳遞訊息的兩個神經元之間的神經訊號）的人工突觸電晶體的活化。 研究人員透過將其連接到蟑螂腿並向感測器施加不同的壓力水平來測試他們的神經迴路。 腿根據施加的壓力大小而抽搐。

人工神經系統的主要優點之一是它們可以模仿人類對外部刺激的反應。 這種能力是傳統計算機無法做到的。 例如，傳統電腦無法對不斷變化的環境做出足夠快的反應，而這對於義肢控制和機器人等任務至關重要。 但人工神經系統可以透過使用一種稱為「尖峰」的技術來做到這一點。 尖峰是一種基於大腦中實際神經元如何相互溝通的訊息傳遞方式。 它允許比數位訊號等傳統方法更快的資料傳輸。 這項優勢使得人工神經系統非常適合需要快速反應的任務，例如機器人操作。 它們還可以用於需要經驗學習的工作，例如臉部辨識或複雜環境中的導航。

破壞性影響

2019年，新加坡大學得以開發出最先進的人工神經系統之一，賦予機器人甚至比人類皮膚更好的觸覺。 該設備被稱為非同步編碼電子皮膚（ACES），它處理單個感測器像素以快速傳輸「感覺資料」。 以前的人造皮膚模型按順序處理這些像素，這會產生滯後。 根據團隊的實驗，ACES 在觸覺回饋方面甚至比人類皮膚還要好。 該設備檢測壓力的速度比人類感覺神經系統快 1,000 倍以上。

同時，2021 年，來自三所韓國大學的研究人員開發了一種人工神經系統，可以對光線做出反應並執行基本任務。 該研究包括將光轉換為電訊號的光電二極體、機械手、神經元電路和用作突觸的電晶體。 每次打開燈時，光電二極體都會將其轉換為訊號，然後透過機械電晶體傳播。 然後，訊號由神經元電路處理，神經元電路命令機器人手接住被編程為在燈一亮就掉落的球。 研究人員希望開發這項技術，使機器手最終能夠在球落下時立即接住球。 這項研究的主要目標是訓練患有神經系統疾病的人重新獲得對他們無法像以前那樣快速控制的肢體的控制。 

人工神經系統的影響

人工神經系統的更廣泛影響可能包括： 

• 創造具有類人皮膚的人形機器人，可以像人類一樣快速地對刺激作出反應。
• 中風患者和患有癱瘓相關疾病的人能夠透過神經系統中嵌入的感覺迴路重新獲得觸覺。
• 機器人訓練變得更加觸覺化，遠端操作員能夠感覺到機器人正在觸摸的東西。 此功能對於太空探索非常方便。
• 觸摸辨識方面的進步，機器可以透過同時查看和觸摸物體來辨識物體。
• 人類的神經系統得到增強或增強，反應速度更快。 這種發展對運動員和士兵來說是有利的。

要評論的問題

• 您對增強神經系統有興趣嗎？
• 有感覺的機器人還有哪些潛在好處？