E-Huid op basis van het menselijke sensorische zenuwstelsel

Een nieuw kunstmatig zenuwstelsel is ontwikkeld door assistent-professor Benjamin Tee en onderzoekers aan de National University of Singapore (NUS). De nieuwe technologie is gecreëerd door Tee en een groep onderzoekers en wetenschappers van de afdeling Materials Science and Engineering van de NUS Faculty of Engineering. Tee en zijn team hebben de nieuwe e-huid ontwikkeld in een periode van een jaar en een half, en hij heeft zelf al veel langer aan de technologie gewerkt. Zijn doel was om een technologie te creëren die robots en prothesen een beter gevoel van aanraking zou geven.

Het nieuwe systeem heet de Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES), en de onderzoeks- en ontwikkelingsresultaten zijn gepubliceerd in Science Robotics op 18 juli 2019. Voordat deze ontwikkeling plaatsvond, hadden elektronische huiden veel draden en waren ze gevoelig voor beschadiging.

De nieuwe e-huid heeft hetzelfde gevoel van aanraking als menselijke huid en is ultra-hooggevoelig. Het kan ook beter omgaan met beschadiging dan echte huid. Tee legde de technologie uit en hoe het in sommige opzichten superieur is aan de huid die we op ons lichaam hebben.

“Mensen gebruiken ons gevoel van aanraking om elke dagelijkse taak uit te voeren, zoals het oppakken van een kop koffie of het geven van een handdruk. Zonder het zouden we zelfs ons evenwichtsgevoel verliezen als we lopen. Op dezelfde manier hebben robots een gevoel van aanraking nodig om beter met mensen te kunnen omgaan, maar robots kunnen vandaag de dag nog steeds niet goed objecten voelen.”

De onderzoekers aan de universiteit gebruikten het menselijke sensorische zenuwstelsel als model. Het ACES-elektronische zenuwstelsel detecteert signalen op een manier die vergelijkbaar is met het menselijke zenuwstelsel, maar het ACES heeft een netwerk van sensoren en een enkele elektrische geleider. Dit is anders dan de zenuwgroepen in menselijke huid. Professor Tee sprak over de redenen waarom de e-huid is gemodelleerd naar het menselijke sensorische zenuwstelsel.

“Het menselijke sensorische zenuwstelsel is extreem efficiënt en werkt de hele tijd, tot het punt dat we het vaak voor lief nemen. Het is ook zeer robuust tegen beschadiging. Ons gevoel van aanraking, bijvoorbeeld, wordt niet beïnvloed als we een snee oplopen. Als we kunnen nabootsen hoe ons biologische systeem werkt en het nog beter maken, kunnen we enorme vooruitgang boeken in het gebied van robotica, waar elektronische huiden voornamelijk worden toegepast.”

Het ACES-systeem is sneller dan het menselijke sensorische zenuwstelsel. Het kan aanrakingen detecteren meer dan 1.000 keer sneller. Het kan ook fysiek contact onderscheiden tussen verschillende sensoren. Het kan dit doen in minder dan 60 nanoseconden, de snelste ooit voor e-huidtechnologie. Een ander voordeel van de e-huid is dat het de vorm, hardheid en textuur van objecten kan bepalen binnen 10 milliseconden. Het kan dit doen vanwege de hoge geloofwaardigheid en opnamesnelheid. Net als echte menselijke huid is de nieuwe e-huid robuust tegen fysieke beschadiging. Huid, menselijk of elektronisch, is constant in interactie met de buitenwereld, wat veel beschadiging veroorzaakt. Omdat het ACES-systeem een elektrische geleider met onafhankelijke sensoren gebruikt, blijven de huiden functioneel zolang er ten minste één verbinding is tussen de sensor en de geleider.

Deze nieuwe ontwikkeling in technologie kan op veel verschillende gebieden worden toegepast, zoals toepassingen van kunstmatige intelligentie zoals prothesen en mens-machineinterfaces. Professor Tee sprak over de mogelijkheden.

“Schalabiliteit is een kritische overweging, omdat grote stukken hoge prestatie-elektronische huiden nodig zijn om de relatief grote oppervlakken van robots en prothesen te bedekken. ACES kan gemakkelijk worden gekoppeld aan elk type sensorenlaag, zoals die zijn ontworpen om temperaturen en vochtigheid te detecteren, om hoge prestatie-ACES-geactiveerde elektronische huid te creëren met een uitzonderlijk gevoel van aanraking dat voor een breed scala aan doeleinden kan worden gebruikt.”

Deze technologie zal blijven ontwikkelen, en het is een ander gebied dat snel beweegt en geweldige kansen creëert. Het zal vooral nuttig zijn in robotica, omdat dat het gebied is waar de meeste e-huid momenteel wordt toegepast.