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世界首条柔性人造触觉神经诞生
浏览: 次 来源:新优娱乐平台【官网】 新优[nu8]平台 新优娱乐 发布日期:2018-07-06
内容摘要:新优娱乐平台 讯 如果能让机器人拥有触觉,可以感知温度、压力,甚至具有神经活动,那么它们将解锁更多新技能。日前,世界上首条柔性人造触觉神经的问世,让这一设想距离现实

  新优娱乐平台讯 如果能让机器人拥有触觉,可以感知温度、压力,甚至具有神经活动,那么它们将“解锁”更多新技能。日前,世界上首条柔性人造触觉神经的问世,让这一设想距离现实更近了一步。
  6月1日,斯坦福大学鲍哲楠、首尔大学Tae-Woo Lee、南开大学徐文涛团队联合在Science杂志发文,报道了一种基于柔性有机电子器件的高灵敏度仿生触觉神经系统。这种人工神经触觉系统具有良好的生物兼容性、柔性和高灵敏度,在机器人手术、义肢感触等领域具有应用前景。
  人类皮肤是极为复杂的系统,其中有成千上万个感受器用于感知压力、温度、位置等信息。这些信息被转化成神经信号,在外围神经和中枢神经中逐级传送。如果人类的身体用电脑的方式处理这些信息,将是一个极其复杂且耗能的过程。
  “人体神经系统用极为高效的机制来处理现实世界所遇到的问题。”南开大学电子信息与光学工程学院教授徐文涛说,外界刺激通过感知机械力的受体、局部的神经簇逐层传递到下一级神经、脊髓以及大脑。只有信号积累到一定的强度,才会传递到下一个环节,“这样一来,就省却了许多不必要的信号处理过程,大大提高了效率。”
  徐文涛及其合作者要解决的核心问题和关键难点在于,设计并实现与生物神经系统工作原理相似、并能够与生物神经信号兼容的人造系统,这套系统要具有很好的柔韧性。
  基于上述设想,中美韩联合研究团队利用柔性有机材料模拟了人体SA-I触觉神经。这种人造感知神经由3个核心部件组成:电阻式压力传感器、有机环形振荡器、突触晶体管。
  该系统首先利用一系列感受器感知极为细微的压力,并产生相应的电压变化,随后通过环形振荡器(人工神经纤维)将电压变化转变为电脉冲信号。多个环形振荡器得到的电信号被突触晶体管集成转变为突触电流,进而传递到下一级神经。
  “从功能上讲,这种人造神经能够很好地模拟人类皮肤的触觉功能,并能够与生物体神经信号兼容。我们的初步试验利用其与蟑螂腿的连接以及运动的控制,初步证实了这种兼容性。”徐文涛说,这项工作开创性地制造出了柔性人造感知神经,并实现了人造神经与动物神经形成的杂化反射弧。
  据介绍,这种人造感知神经还具有重要的应用意义。由于这种感知神经与生物体神经的兼容性,它可应用于假肢中与人体神经系统相兼容的感知的实现,柔性轻质的结构将使相关产品具有很好的舒适性,而且对神经系统疾病的治疗具有潜在意义。同时,这种人造神经如果应用于软体机器人,可使其实现类似人类的感知,并在极端的工作环境中替代人。
  研究团队表示,尽管这项研究前景可期,但目前还只是迈出了第一步,还有很多工作要做。他们将继续致力于传感器和人造神经突触等基本单元的功能开发,以及人造感知系统的完善。
  “比如,目前这款人工神经系统还较为初步,尚不能像皮肤那样感知更加复杂的信息以及温度等,这些将是我们未来的工作方向。”徐文涛说,这项研究有望开发出更智能的人造皮肤,“希望通过进一步强化和拓展功能,尽早地投入应用,造福人类。”




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