Skóra elektroniczna oparta na ludzkim układzie nerwowym

Nowy sztuczny układ nerwowy został opracowany przez profesora Benjamina Tee i badaczy z Narodowego Uniwersytetu Singapuru (NUS). Nowa technologia została stworzona przez Tee i grupę badaczy i naukowców z Wydziału Inżynierii Materiałowej i Nauk o Materiałach na Wydziale Inżynierii NUS. Tee i jego zespół pracowali nad nową skórą elektroniczną przez półtora roku, a on sam pracował nad tą technologią przez wiele lat. Jego celem było stworzenie technologii, która pomogłaby robotom i protezom uzyskać lepsze poczucie dotyku.

Nowy system nazywa się Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES), a badania i rozwój zostały opublikowane w Science Robotics 18 lipca 2019 r. Przed tym rozwojem skóry elektroniczne miały wiele przewodów i były podatne na uszkodzenia.

Nowa skóra elektroniczna ma takie samo poczucie dotyku jak ludzka skóra i jest ultra-wysoko wrażliwa. Może również lepiej radzić sobie z uszkodzeniami niż prawdziwa skóra. Tee wyjaśnił technologię i to, jak w niektórych przypadkach jest lepsza niż skóra, którą mamy na naszych ciałach.

„Ludzie używają swojego zmysłu dotyku, aby wykonywać każde codzienne zadanie, takie jak podnoszenie filiżanki kawy lub podawanie ręki. Bez niego stracilibyśmy nawet równowagę podczas chodzenia. Podobnie, roboty potrzebują zmysłu dotyku, aby lepiej wchodzić w interakcje z ludźmi, ale roboty dzisiaj nie mogą jeszcze dobrze odczuwać obiektów.”

Badacze na uniwersytecie użyli ludzkiego układu nerwowego jako modelu. Elektroniczny układ nerwowy ACES wykrywa sygnały podobnie jak ludzki układ nerwowy, ale ACES ma sieć czujników i jeden przewód elektryczny. Jest to inaczej niż grupy nerwów w ludzkiej skórze. Profesor Tee mówił o powodach, dla których skóra elektroniczna jest modelowana na ludzkim układzie nerwowym.

„Ludzki układ nerwowy jest niezwykle wydajny i działa cały czas, do tego stopnia, że często go przyjmujemy za pewnik. Jest również bardzo odporny na uszkodzenia. Nasz zmysł dotyku, na przykład, nie jest wpływany, gdy doświadczamy cięcia. Jeśli możemy naśladować, jak nasz biologiczny system działa i uczynić go jeszcze lepszym, możemy przynieść ogromne postępy w dziedzinie robotyki, gdzie skóry elektroniczne są stosowane w pierwszej kolejności.”

System ACES jest szybszy niż ludzki układ nerwowy. Może wykrywać dotyki ponad 1000 razy szybciej. Może również różnicować fizyczne kontakty między różnymi czujnikami. Może to robić w czasie krótszym niż 60 nanosekund, co jest najszybszym wynikiem w technologii skóry elektronicznej. Kolejną zaletą skóry elektronicznej jest to, że może określać kształt, twardość i teksturę obiektów w ciągu 10 milisekund. Może to robić dzięki wysokiej wierności i szybkości przechwytywania. Podobnie jak prawdziwa ludzka skóra, nowa skóra elektroniczna jest odporna na uszkodzenia fizyczne. Skóra, ludzka czy elektroniczna, jest w ciągłej interakcji ze środowiskiem zewnętrznym, co powoduje wiele uszkodzeń. Ponieważ system ACES używa przewodu elektrycznego z niezależnymi czujnikami, skóry są nadal funkcjonalne, o ile istnieje co najmniej jeden połączenie między czujnikiem a przewodem.

Ten nowy rozwój technologiczny może być wykorzystany w wielu różnych dziedzinach, takich jak aplikacje sztucznej inteligencji, protezy i interfejsy człowiek-maszyna. Profesor Tee mówił o możliwościach.

„Skalowalność jest kluczowym czynnikiem, ponieważ duże kawałki wysoko wydajnej skóry elektronicznej są wymagane do pokrycia stosunkowo dużych powierzchni robotów i urządzeń protezy. ACES może być łatwo połączony z dowolnym rodzajem warstw skóry czujnikowej, na przykład takich, które są zaprojektowane do wykrywania temperatury i wilgotności, w celu utworzenia wysoko wydajnej skóry elektronicznej z wyjątkowym zmysłem dotyku, który może być wykorzystany do szerokiego zakresu celów.”

Ta technologia będzie nadal rozwijana, a jest to kolejna dziedzina, która rozwija się szybko i tworzy niesamowite możliwości. Będzie szczególnie przydatna w robotyce, ponieważ tam jest stosowana większość skóry elektronicznej.