E-Δέρμα Βασισμένο στο Ανθρώπινο Νευρικό Σύστημα Αισθήσεων

Ένας νέος τεχνητός νευρικός ιστός έχει αναπτυχθεί από τον Αναπληρωτή Καθηγητή Benjamin Tee και ερευνητές στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σιγκαπούρης (NUS). Η νέα τεχνολογία δημιουργήθηκε από τον Tee και μια ομάδα ερευνητών και επιστημόνων από το Τμήμα Επιστήμης Υλικών και Μηχανικής στο Τμήμα Μηχανικής του NUS. Ο Tee και η ομάδα του έχουν αναπτύξει το νέο e-δέρμα για ένα και ενάμιση χρόνο, και ο ίδιος έχει εργαστεί στην τεχνολογία για πολλά χρόνια. Στόχος του ήταν να δημιουργήσει μια τεχνολογία που θα βοηθούσε τους ρομπότ και τις προθέσεις να έχουν καλύτερη αίσθηση του αγγίγματος.

Το νέο σύστημα ονομάζεται Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES), και η έρευνα και η ανάπτυξή του δημοσιεύθηκαν στο Science Robotics στις 18 Ιουλίου 2019. Πριν από αυτή την ανάπτυξη, τα ηλεκτρονικά δέρματα είχαν πολλά καλώδια και ήταν ευάλωτα σε ζημιά.

Το νέο e-δέρμα έχει την ίδια αίσθηση του αγγίγματος όπως το ανθρώπινο δέρμα, και είναι υπερ-υψηλής απόκρισης. Επίσης, μπορεί να αντιμετωπίσει ζημιά καλύτερα από το πραγματικό δέρμα. Ο Tee εξήγησε την τεχνολογία και πώς σε κάποιους τρόπους, είναι ανώτερη από το δέρμα που έχουμε στο σώμα μας.

«Οι άνθρωποι χρησιμοποιούν την αίσθηση του αγγίγματος για να εκτελέσουν κάθε καθημερινή δραστηριότητα, όπως να πάρουν ένα φλιτζάνι καφέ ή να κάνουν ένα χειροκρότημα. Χωρίς αυτή, θα χάσουμε ακόμη και την αίσθηση της ισορροπίας όταν περπατάμε. Παρόμοια, τα ρομπότ χρειάζονται να έχουν αίσθηση του αγγίγματος για να αλληλεπιδράσουν καλύτερα με τους ανθρώπους, αλλά τα ρομπότ σήμερα ακόμη δεν μπορούν να αισθανθούν αντικείμενα πολύ καλά.»

Οι ερευνητές στο πανεπιστήμιο χρησιμοποίησαν το ανθρώπινο νευρικό σύστημα αισθήσεων ως μοντέλο. Το ACES ηλεκτρονικό νευρικό σύστημα ανιχνεύει σήματα παρόμοια με το ανθρώπινο νευρικό σύστημα, αλλά το ACES έχει ένα δίκτυο αισθητήρων και einen ηλεκτρικό αγωγό. Αυτό είναι διαφορετικό από τις ομαδικές νεύρωση στο ανθρώπινο δέρμα. Ο Καθηγητής Tee μίλησε για τους λόγους για τους οποίους το e-δέρμα είναι μοντελοποιημένο μετά το ανθρώπινο νευρικό σύστημα αισθήσεων.

«Το ανθρώπινο νευρικό σύστημα αισθήσεων είναι εξαιρετικά αποτελεσματικό, και λειτουργεί συνεχώς μέχρι το σημείο που συχνά το λαμβάνουμε ως δεδομένο. Επίσης, είναι πολύ ανθεκτικό σε ζημιά. Η αίσθηση του αγγίγματος, για παράδειγμα, δεν επηρεάζεται όταν υποφέρουμε από einen κόψιμο. Αν μπορούμε να μιμηθούμε πώς λειτουργεί το βιολογικό μας σύστημα και να το κάνουμε ακόμη καλύτερο, μπορούμε να φέρουμε τεράστιες προόδους στο πεδίο της ρομποτικής, όπου τα ηλεκτρονικά δέρματα εφαρμόζονται κυρίως.»

Το σύστημα ACES είναι ταχύτερο από το ανθρώπινο νευρικό σύστημα αισθήσεων. Μπορεί να ανιχνεύσει αγγίγματα περισσότερα από 1.000 φορές ταχύτερα. Επίσης, μπορεί να διακρίνει φυσικές επαφές μεταξύ διαφορετικών αισθητήρων. Μπορεί να το κάνει αυτό σε λιγότερο από 60 νανοδευτερόλεπτα, το ταχύτερο που έχει επιτευχθεί ποτέ για τεχνολογία e-δέρματος. Ένα άλλο πλεονέκτημα του e-δέρματος είναι ότι μπορεί να αναγνωρίσει το σχήμα, τη σκληρότητα και την υφή των αντικειμένων μέσα σε 10 χιλιοστοδευτερόλεπτα. Μπορεί να το κάνει αυτό λόγω της υψηλής πιστότητας και ταχύτητας καταγραφής. Όπως και το πραγματικό ανθρώπινο δέρμα, το νέο e-δέρμα είναι ανθεκτικό σε φυσική ζημιά. Το δέρμα, ανθρώπινο ή ηλεκτρονικό, βρίσκεται σε συνεχή αλληλεπίδραση με το περιβάλλον, αυτό προκαλεί πολλή ζημιά. Επειδή το σύστημα ACES χρησιμοποιεί einen ηλεκτρικό αγωγό με ανεξάρτητους αισθητήρες, τα δέρματα παραμένουν λειτουργικά όσο υπάρχει τουλάχιστον μια σύνδεση μεταξύ του αισθητήρα και του αγωγού.

Αυτή η νέα ανάπτυξη της τεχνολογίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολλά διαφορετικά πεδία, όπως εφαρμογές Τεχνητής Νοημοσύνης, όπως προθέσεις και διεπαφές ανθρώπου-μηχανής. Ο Καθηγητής Tee μίλησε για τις δυνατότητες.

«Η κλιμάκωση είναι một κρίσιμο σημείο, καθώς μεγάλα κομμάτια υψηλής απόδοσης ηλεκτρονικών δερμάτων απαιτούνται για να καλύψουν τις σχετικά μεγάλες επιφάνειες των ρομπότ και των προθεσεων. Το ACES μπορεί να συνδυαστεί εύκολα με οποιοδήποτε είδος αισθητήρα δέρματος, για παράδειγμα, αυτά που σχεδιάστηκαν για να ανιχνεύουν θερμοκρασία και υγρασία, για να δημιουργήσει υψηλής απόδοσης ACES-ενεργοποιημένα ηλεκτρονικά δέρματα με εξαιρετική αίσθηση του αγγίγματος που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για eine ευρεία γκάμα σκοπών.»

Αυτή η τεχνολογία θα συνεχίσει να αναπτύσσεται, και είναι ένα άλλο πεδίο που κινείται γρήγορα και παράγει εκπληκτικές ευκαιρίες. Θα είναι ιδιαίτερα χρήσιμο στη ρομποτική, καθώς εκεί είναι όπου εφαρμόζεται το μεγαλύτερο μέρος του e-δέρματος.