Искусственную нервную систему, которая может позволить протезам и роботам ощущать прикосновение, создали исследователи из Стэнфордского университета. Разработка чувствительна настолько, чтобы идентифицировать буквы в алфавите Брайля. Подробнее с работой можно ознакомиться в Science.
«Мы воспринимаем кожу как нечто само собой разумеющееся, а на самом деле это сложная система восприятия и передачи информации. Наша искусственная сенсорная нервная система – шаг к созданию сенсорных нейронных сетей, подобных коже», — объяснил Жена Бао (Zhenan Bao), один из авторов.
Разработка представляет собой искусственный сенсорный нервный контур, который можно встроить в покрытие нейропротезных устройств и мягкой робототехники. Она включает в себя три компонента: сенсорный датчик, электронный нейрон и синаптический транзистор.
Первый – сенсорный датчик – может воспринимать даже сигналы незначительной силы. Далее он посылает эти сигналы через второй компонент – гибкий электронный нейрон. Так стимулируется третий компонент — искусственный синаптический транзистор, смоделированный на примере синапса человека.
«Биологические синапсы могут передавать сигналы, а также хранить информацию для принятия простых решений. Синаптический транзистор выполняет эти функции в цепи искусственного нерва», — добавил Тэ-Ву Ли (Tae-Woo Lee), один из авторов, лаборатория которого и занималась разработкой третьего компонента системы.
В качестве примера Ли использовал рефлекс коленного сустава. У человека при растяжении мышц коленного сустава рецепторы передают сигнал в мозг. Нейронная сеть узнает внезапное растяжение и одновременно посылает два сигнала: один заставляет мышцы колена рефлекторно сокращаться, а второй, менее срочный, регистрировать ощущение в мозге.
Разработке предстоит пройти долгий путь, прежде чем она достигнет такого уровня сложности. Но в работе авторы описывают, как электронный нейрон передавал сигналы синаптическому транзистору. Последний спроектирован так, что он умеет распознавать и реагировать на импульс на основании интенсивности и частоты сигнала, как и биологический синапс.
Ученые также протестировали способность системы генерировать рефлексы. Они подключили свой искусственный нерв к ноге таракана, а затем оказывали легкое воздействие на сенсорный датчик. Электронный нейрон преобразовал сигнал датчика в цифровые сигналы и передал их через синаптический транзистор. Это заставило ногу энергично подергиваться. Также искусственный нерв смог отличить буквы в шрифте Брайля.
Тем не менее, технология искусственного нерва пока остается в зачаточном состоянии. Исследователи отмечают: чтобы создать искусственные покрытия для протезов, подобные коже, нужно разработать новые устройства для определения тепла и других ощущений, научиться встраивать их в гибкие цепи, а затем найти способ связать все это с мозгом.
Текст: Любовь Пушкарская