E-hud baserat på människans sensoriska nervsystem

En ny konstgjord nervsystem har utvecklats av biträdande professor Benjamin Tee och forskare vid National University of Singapore (NUS). Den nya tekniken skapades av Tee och en grupp forskare och vetenskapsmän från institutionen för materialvetenskap och teknik vid NUS ingenjörsfakultet. Tee och hans team har utvecklat den nya e-huden i ett och ett halvt år, och han själv har arbetat med tekniken i många år. Hans mål har varit att skapa en teknik som skulle hjälpa robotar och proteser att ha en bättre känsel.

Det nya systemet kallas Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES), och forskningen och utvecklingen publicerades i Science Robotics den 18 juli 2019. Innan denna utveckling hade elektroniska hudar många kablar och var benägna att skadas.

Den nya e-huden har samma känsel som människohud och är ultra-högkänslig. Den kan också hantera skador bättre än riktig hud. Tee förklarade tekniken och hur den på vissa sätt är överlägsen den hud vi har på våra kroppar.

“Människor använder vår känsel för att utföra varje daglig uppgift, som att plocka upp en kopp kaffe eller ge en hand. Utan den skulle vi till och med förlora vår balans när vi går. Likaså behöver robotar ha en känsel för att kunna interagera bättre med människor, men robotar idag kan fortfarande inte känna föremål mycket bra.”

Forskarna vid universitetet använde det mänskliga sensoriska nervsystemet som modell. ACES elektroniska nervsystem upptäcker signaler på samma sätt som det mänskliga nervsystemet, men ACES har ett nätverk av sensorer och en enda elektrisk ledare. Detta skiljer sig från nervgrupperingarna i mänsklig hud. Professor Tee talade om varför e-huden är modellerad efter det mänskliga sensoriska nervsystemet.

“Det mänskliga sensoriska nervsystemet är extremt effektivt och fungerar alltid till den grad att vi ofta tar det för givet. Det är också mycket robust mot skador. Vår känsel, till exempel, påverkas inte när vi får en skada. Om vi kan härma hur vårt biologiska system fungerar och göra det ännu bättre, kan vi åstadkomma enorma framsteg inom robotikområdet, där elektroniska hudar främst används.”

ACES-systemet är snabbare än det mänskliga sensoriska nervsystemet. Det kan upptäcka beröringar mer än 1 000 gånger snabbare. Det kan också skilja på fysisk kontakt mellan olika sensorer. Det kan göra detta på mindre än 60 nanosekunder, det snabbaste som någonsin uppnåtts för e-hudteknik. En annan fördel med e-huden är att den kan avgöra formen, hårdheten och texturen på föremål inom 10 millisekunder. Det kan göra detta på grund av den höga troheten och inspelningshastigheten. Liksom riktig mänsklig hud är den nya e-huden robust mot fysisk skada. Hud, mänsklig eller elektronisk, är i ständig interaktion med den yttre miljön, vilket orsakar mycket skada. Eftersom ACES-systemet använder en elektrisk ledare med oberoende sensorer, är huden fortfarande funktionsduglig så länge det finns minst en anslutning mellan sensorn och ledaren.

Denna nya utveckling inom tekniken kan användas inom många olika områden, som tillämpningar inom artificiell intelligens, såsom proteser och människa-maskin-gränssnitt. Professor Tee talade om möjligheterna.

“Skalbarhet är en kritisk övervägning, eftersom stora bitar av högpresterande elektroniska hudar krävs för att täcka de relativt stora ytor som robotar och proteser har. ACES kan enkelt paras ihop med alla typer av sensorhudlager, till exempel de som är utformade för att känna temperatur och fuktighet, för att skapa högpresterande ACES-aktiverad elektronisk hud med en exceptionell känsel som kan användas för en mängd olika ändamål.”

Denna teknik kommer att fortsätta utvecklas, och det är ett annat område som rör sig snabbt och skapar fantastiska möjligheter. Det kommer att vara särskilt användbart inom robotik, eftersom det är där de flesta e-hudar för närvarande används.