一款全新的人造神經(jīng)系統(tǒng),并成功用它實(shí)現(xiàn)了對(duì)觸覺的模擬

如果一只棱角分明的機(jī)械手,擁有了人類一樣的感覺會(huì)是怎樣的情形？在拿起一杯開水的時(shí)候,這只機(jī)械手能感覺到燙,被門夾到的時(shí)候能感覺到疼,這樣的情形曾出現(xiàn)在很多電影場景中,但近來,這個(gè)幻想正越來越接近現(xiàn)實(shí)。

人類一直都在為實(shí)現(xiàn)將人體感官“復(fù)制”到機(jī)器人身上的夢想而不停努力。但迄今為止,機(jī)器人仍然缺乏一些極其關(guān)鍵的能力,其中就包括人類精密而完善的觸覺。

人工傳入神經(jīng)系統(tǒng)與生物神經(jīng)系統(tǒng)的比較

近日,頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》刊登了一項(xiàng)來自美國斯坦福大學(xué)鮑哲南教授團(tuán)隊(duì)的突破性研究。在這項(xiàng)研究中,科學(xué)家們開發(fā)出了一款全新的人造神經(jīng)系統(tǒng),并成功用它實(shí)現(xiàn)了對(duì)觸覺的模擬,這項(xiàng)研究向假肢制造、人造皮膚邁出了第一步,或許有一天會(huì)給機(jī)器人某種反射能力。

鮑哲南教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)一直想要打造有觸覺的人造皮膚,而這種“人造皮膚”本質(zhì)上其實(shí)是一種獨(dú)特的電子元件,它利用敏感的電子材料制成,可以被拉伸,能夠感受到微小的壓力帶來的電流變化。

2015年,《科學(xué)》曾經(jīng)刊出過鮑哲南團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)人造皮膚成果。當(dāng)時(shí),該團(tuán)隊(duì)制造的人造皮膚已經(jīng)可以響應(yīng)壓力變化,并向神經(jīng)細(xì)胞發(fā)送信號(hào),接近人皮膚觸覺的真實(shí)機(jī)制。此次的人造感覺系統(tǒng)更進(jìn)了一步,已經(jīng)能夠感受方向、傳遞信息和識(shí)別盲文?？梢愿玫貛椭嗽炱つw實(shí)現(xiàn)更接近生物體的觸覺能力。

賦予機(jī)器人更強(qiáng)的能力

這一人造神經(jīng)更加適合于舒適性人體假肢感覺的重現(xiàn),以及可穿戴電子產(chǎn)品的應(yīng)用。未來,科學(xué)家可以集成更多人造神經(jīng)系統(tǒng),接收各種不同的感覺信息。

利用人造神經(jīng),科學(xué)家可以制造出擁有人類感覺的人造皮膚。這種皮膚像紙一樣薄,具有雙層結(jié)構(gòu),外層是感知壓力的傳感器,由塑料和碳納米管制成；內(nèi)層是柔性電子電路,可以把壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電子信號(hào),傳遞給大腦,刺激神經(jīng)元,甚至可以感知蝴蝶落在表面的“觸覺”并作出反應(yīng)。

目前這款人造感覺神經(jīng)還處在初步階段,尚不能像真正的皮膚那樣感知更加復(fù)雜的機(jī)械信息以及溫度等,這些將是科學(xué)家未來的研究方向。從功耗的角度上來說,這種人造感覺神經(jīng)也仍然有非常大的提升空間。比如,其中人造突觸晶體管的部分,團(tuán)隊(duì)一直在致力于將其能耗進(jìn)一步降低。目前,納米線結(jié)構(gòu)的人造突觸晶體管能耗已經(jīng)被降至與生物突觸類似的程度。