|
Разработали искусственную кожу, которая может имитировать неприятные ощущения
|
|
|
|
Это может звучать немного тревожно и, возможно, больше похоже на антиутопический научно-фантастический триллер. Но вскоре роботы смогут чувствовать боль благодаря разработке новой электронной кожи, которая может имитировать неприятные ощущения. Ученые, стоящие за изобретением, говорят, что механическая рука с «умной» кожей продемонстрировала замечательную способность учиться реагировать на внешние раздражители, такие как удар по ладони. Он использует новый тип системы обработки данных, основанный на «синаптических транзисторах», который имитирует нейронные пути мозга, чтобы научиться «чувствовать боль». Эксперты десятилетиями работали над созданием искусственной кожи, чувствительной к прикосновениям, с помощью одного широко изученного метода, включающего множество контактных датчиков на поверхности электронной кожи, позволяющих ей определять, когда она вступает в контакт с объектом. Но эти датчики, как правило, производят большой объем данных, которые должным образом обрабатываются компьютером и на которые нужно реагировать, может потребоваться время, что приводит к задержкам, которые снижают потенциальную эффективность кожи в реальных задачах.
|
|
|
|
Команда инженеров из Университета Глазго разработала новый прототип «электронной кожи», который, по их мнению, является большим достижением в области сенсорной робототехники. Они черпали вдохновение в том, как периферическая нервная система человека интерпретирует сигналы от кожи, чтобы устранить задержки и энергопотребление предыдущих концепций. Как только человеческая кожа получает вход, периферическая нервная система начинает обрабатывать его в точке контакта, сводя его только к жизненно важной информации, прежде чем она будет отправлена в мозг. Это сокращение сенсорных данных позволяет эффективно использовать каналы связи, необходимые для отправки данных в мозг, который затем почти сразу же отвечает, чтобы тело отреагировало соответствующим образом. Чтобы создать электронную кожу, способную к вычислительно эффективной реакции, подобной синапсу, исследователи напечатали сетку из 168 синаптических транзисторов, сделанных из нанопроволок оксида цинка, непосредственно на поверхность гибкого пластика. Затем они соединили синаптический транзистор с датчиком кожи над ладонью руки робота в форме человека.
|
|
|
Датчик регистрирует изменение своего электрического сопротивления при прикосновении к нему, при этом легкое прикосновение соответствует небольшому изменению, а более сильное прикосновение создает большее изменение. Ученые заявили, что этот вход предназначен для имитации работы сенсорных нейронов в организме человека. В более ранних прототипах электронной кожи эти входные данные отправлялись на компьютер для обработки, что часто приводило к задержкам. Но в этой конструкции схема, встроенная в кожу, действует как искусственный синапс, уменьшая входной сигнал до простого спайка и ускоряя процесс реакции. Команда использовала различную мощность этого всплеска напряжения, чтобы научить кожу соответствующим реакциям на симулированную боль, которая вызывала реакцию руки робота. Установив пороговое значение входного напряжения, чтобы вызвать реакцию, исследователи обнаружили, что они могут заставить руку робота отскочить от резкого удара по центру ладони. Другими словами, он научился уходить от этого источника симулированного дискомфорта с помощью процесса обработки информации на борту, который имитирует работу нервной системы человека.
|
|
|
|
Разработка электронной кожи — это последний прорыв в области гибких, растяжимых печатных поверхностей от группы Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) Университета Глазго, возглавляемой профессором Равиндером Дахия. «Мы все рано учимся адекватно реагировать на неожиданные раздражители, такие как боль, чтобы не причинить себе вреда снова», — сказал он. «Конечно, разработка этой новой формы электронной кожи на самом деле не включала в себя причинение боли в том виде, в каком мы ее знаем — это просто сокращенный способ объяснить процесс обучения на внешнем стимуле. «Благодаря этому процессу мы смогли создать электронную оболочку, способную к распределенному обучению на аппаратном уровне, которой не нужно отправлять сообщения туда и обратно на центральный процессор, прежде чем предпринять какие-либо действия. «Вместо этого он значительно ускоряет процесс реагирования на прикосновения, сокращая объем необходимых вычислений. «Мы считаем, что это настоящий шаг вперед в нашей работе по созданию крупномасштабной нейроморфной печатной электронной кожи, способной адекватно реагировать на раздражители». Фэнъюань Лю, член группы BEST и соавтор статьи, добавил: «В будущем это исследование может стать основой для более совершенной электронной кожи, которая позволит роботам исследовать мир и взаимодействовать с ним в новых условиях». способы или создание протезов конечностей, способных к почти человеческому уровню чувствительности к прикосновениям». Новое исследование опубликовано в журнале Science Robotics.
|
|
|
|
Источник
|
