斯坦福大學(xué)和漢城國立大學(xué)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種人造的感覺神經(jīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以激活蟑螂的抽搐反射并識別盲文字母表中的字母。這項(xiàng)工作在《科學(xué)》雜志上進(jìn)行了報(bào)道 ，是朝著為假肢創(chuàng)造人造皮膚，恢復(fù)被截肢者的感覺邁出的一步，也許有一天，它可以使機(jī)器人具備某種類型的反射能力。

斯坦福大學(xué)教授鮑振南(Shenford Bao)是和韓國領(lǐng)先的研究人員，致力于尋找人工神經(jīng)系統(tǒng)。圖片來源：Kevin Craft

“我們采取的皮膚是理所當(dāng)然的，但它是一個(gè)復(fù)雜的傳感，信號和決策系統(tǒng)”，說 浙南寶，化學(xué)工程教授，高級作者之一。“這種人工感覺神經(jīng)系統(tǒng)是邁向?yàn)楦鞣N應(yīng)用制造類似皮膚的感覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一步。”

建筑模塊

這個(gè)里程碑是Bao嘗試模仿皮膚如何伸展，自我修復(fù)以及最顯著地像智能傳感網(wǎng)絡(luò)一樣工作的一部分，該傳感網(wǎng)絡(luò)不僅知道如何向大腦傳遞愉悅的感覺，而且還知道何時(shí)使肌肉進(jìn)行反射性反應(yīng)。做出及時(shí)的決定。

最新的《 科學(xué)》雜志 描述了研究人員如何構(gòu)建一種人造的感覺神經(jīng)回路，該回路可以嵌入到未來的類似皮膚的覆蓋物中，用于神經(jīng)修復(fù)設(shè)備和軟機(jī)器人。這個(gè)基本的人工神經(jīng)回路集成了三個(gè)先前描述的組件。

第一個(gè)是觸摸傳感器，它甚至可以檢測到很小的力。該傳感器通過第二個(gè)組件-柔性電子神經(jīng)元發(fā)送信號。觸摸傳感器和電子神經(jīng)元是先前由Bao實(shí)驗(yàn)室報(bào)告的發(fā)明的改進(jìn)版本。

來自這些成分的感官信號刺激第三成分，即根據(jù)人類突觸建模的 人工突觸晶體管。突觸晶體管是首爾國立大學(xué)的Tae-Woo Lee的創(chuàng)意，他在Bao的Stanford實(shí)驗(yàn)室度過了休假的一年，以開展協(xié)作工作。

“生物突觸既可以傳遞信號，也可以存儲(chǔ)信息以做出簡單的決定，”該論文的第二位高級作者李說。“突觸晶體管在人工神經(jīng)回路中執(zhí)行這些功能。”

Lee以膝蓋反射為例，說明有一天先進(jìn)的人造神經(jīng)回路可能是人造皮膚的一部分，這種人造皮膚將為假肢設(shè)備或機(jī)器人提供感覺和反射。

在人類中，當(dāng)突然的輕拍導(dǎo)致膝蓋肌肉伸展時(shí)，這些肌肉中的某些傳感器會(huì)通過神經(jīng)元發(fā)出脈沖。神經(jīng)元繼而向相關(guān)突觸發(fā)送一系列信號。突觸網(wǎng)絡(luò)識別突然伸展的模式，并同時(shí)發(fā)出兩個(gè)信號，一個(gè)導(dǎo)致膝蓋肌肉反射性收縮，另一個(gè)不那么緊急的信號記錄大腦的感覺。

使它工作

這項(xiàng)新工作要達(dá)到如此復(fù)雜的水平還有很長的路要走。但是，在《 科學(xué)》雜志的論文中，該小組描述了電子神經(jīng)元如何將信號傳遞到突觸晶體管，該突觸晶體管的設(shè)計(jì)方式是，它學(xué)會(huì)了根據(jù)低功率信號的強(qiáng)度和頻率來識別和響應(yīng)感覺輸入，僅此而已。就像一個(gè)生物突觸。

小組成員測試了系統(tǒng)產(chǎn)生反射和感應(yīng)觸覺的能力。

在一項(xiàng)測試中，他們將人工神經(jīng)鉤在蟑螂的腿上，并向觸摸傳感器施加很小的壓力增量。電子神經(jīng)元將傳感器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過突觸晶體管進(jìn)行中繼，隨著觸摸傳感器上壓力的升高或降低，腿部或多或少會(huì)劇烈抽動(dòng)。

他們還表明，人造神經(jīng)可以檢測各種觸摸感覺。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，人工神經(jīng)能夠區(qū)分盲文字母。在另一種方法中，他們沿不同的方向在傳感器上滾動(dòng)了一個(gè)圓柱體，并準(zhǔn)確地檢測了運(yùn)動(dòng)的方向。

Bao的研究生Yeongin Kim和Alex Chortos，以及Lee自己實(shí)驗(yàn)室的研究員Wenwen Xu，對于將這些成分整合到功能性的人工感覺神經(jīng)系統(tǒng)中也起著至關(guān)重要的作用。

研究人員說，人工神經(jīng)技術(shù)仍處于起步階段。例如，為假肢設(shè)備制作人造皮膚覆蓋物將需要新的設(shè)備來檢測熱量和其他感覺，將它們嵌入柔性電路的能力，然后是將所有這些與大腦連接的方法。

該小組還希望創(chuàng)建覆蓋機(jī)器人的低功率人工傳感器網(wǎng)絡(luò)，其思想是通過提供人類從皮膚中獲得的相同反饋來使其更加敏捷。