人間の感覚神経系に基づくE-Skin

シンガポール国立大学（NUS）のベンジャミン・ティー助教授と研究者たちが、新しい人工神経系を開発しました。この新しい技術は、ティーとNUS工学部材料科学・工学科の研究者や科学者たちによって作成されました。ティーと彼のチームは、新しいE-Skinの開発に1年半を費やしました。ティー自身は、より長い期間、この技術に取り組んできました。彼の目標は、ロボットや義肢がより良い触覚を持つことができる技術を作ることでした。

この新しいシステムは、Asynchronous Coded Electronic Skin（ACES）と呼ばれています。研究と開発は、2019年7月18日に《Science Robotics》に発表されました。以前の電子スキンは、多くのワイヤーで構成されており、損傷を受けやすかったです。

新しいE-Skinは、人間の皮膚と同じ触覚を持ち、超高感度です。また、実際の皮膚よりも損傷に対して優れています。ティーは、この技術と、それが人間の皮膚よりも優れている点について説明しました。

「人間は、日常的なタスクを実行するために触覚を使用します。例えば、コーヒーカップを持ち上げたり、ハンドシェイクをしたりします。触覚がなければ、歩くときのバランスを失うことになります。同様に、ロボットも人間とよりよくやり取りするために触覚が必要ですが、現在のロボットはまだ物体を感じることができません。」

大学の研究者たちは、人間の感覚神経系をモデルとして使用しました。ACES電子神経系は、人間の神経系と同様に信号を検出しますが、ACESにはセンサーのネットワークと単一の電気伝導体があります。これは、人間の皮膚の神経集団とは異なります。ティー教授は、E-Skinが人間の感覚神経系をモデルにした理由について話しました。

「人間の感覚神経系は非常に効率的で、常に機能しています。私たちがその重要性を理解していないことが多いほどです。また、損傷に対して非常に強固です。例えば、切傷を負っても、触覚が影響を受けないことがあります。如果私たちが生物システムの働きを模倣し、さらに改善することができれば、ロボティクス分野で大きな進歩をもたらすことができます。電子スキンは主にロボティクスで使用されています。」

ACESシステムは、人間の感覚神経系よりも速く、1,000倍以上の速さでタッチを検出できます。また、物理的な接触を区別することができ、60ナノ秒以内に検出できます。これは、E-Skin技術で最も速いものです。E-Skinのもう一つの利点は、物体の形状、硬さ、質感を10ミリ秒以内に検出できることです。これは、高い忠実度とキャプチャ速度によるものです。実際の人間の皮膚と同様に、新しいE-Skinは物理的な損傷に対して強固です。皮膚、人間のものでも電子のものでも、外部環境と常に相互作用しているため、多くの損傷を受けます。ACESシステムは、独立したセンサーを持つ電気伝導体を使用するため、センサーと伝導体の間に少なくとも1つの接続がある限り、皮膚は機能します。

この新しい技術は、人工知能アプリケーション、義肢、人間と機械のインターフェースなど、多くの分野で使用できます。ティー教授は、可能性について話しました。

「拡張性は、ロボットや義肢の比較的大きな表面を覆うために必要な、高性能な電子スキンの大きなピースを作成する上で重要な考慮事項です。ACESは、温度や湿度を感知するように設計されたセンサースキンレイヤーなど、任意の種類のセンサースキンレイヤーと簡単にペアになります。高性能のACES対応電子スキンを作成できます。これは、優れた触覚を持ち、幅広い目的で使用できます。」

この技術はさらに発展し、急速に進化しています。ロボティクスでは、E-Skinが主に使用されているため、特に有用です。