الثلاثاء، 5 يونيو 2018

نظام عصب اصطناعي يمنح الأجهزة التعويضية والروبوتات حاسة اللمس

من Free Scripts
طور الباحثون في جامعة ستانفورد وسيول الوطنية نظامًا عصبيًا اصطناعيًا يمكنه تنشيط منعكس الارتعاش في الصرصور وتحديد الحروف في حروف برايل.

هذا العمل ، الذي تم الإبلاغ عنه في مجلة "ساينس" في 31 أيار / مايو ، هو خطوة نحو خلق الجلد الاصطناعي للأطراف الصناعية ، لاستعادة الإحساس بمبتوري الأطراف ، وربما ، في يوم ما ، منح الروبوتات نوعًا من القدرة على الانعكاس.

وقال تشنان باو استاذ الهندسة الكيميائية وأحد كبار المؤلفين "نعتبر البشرة أمرا مسلما به لكنه نظام معقد للاستشعار والتشكيل واتخاذ القرار." "إن هذا النظام العصبي الحسي الاصطناعي هو خطوة نحو إنشاء شبكات عصبية حسية تشبه البشرة لجميع أنواع التطبيقات."

اللبنات

هذا الإنجاز هو جزء من سعي باو لتقليد كيف يمكن أن يمتد الجلد ويصلح نفسه ، والأهم من ذلك ، أن يتصرف مثل شبكة حسية ذكية لا تعرف فقط كيفية نقل الإحساس اللطيف إلى الدماغ ، ولكن أيضًا عندما تأمر العضلات أن تتفاعل بشكل انعكاسى لاتخاذ قرارات سريعة.

تصف ورقة العلوم الجديدة كيف بنى الباحثون دائرة عصبية حسية اصطناعية يمكن دمجها في غطاء شبيه بالجلد في المستقبل للأجهزة التعويضية العصبية وعلم الروبوتات الناعمة. هذه الدائرة العصبية الاصطناعية بدائية تدمج ثلاثة مكونات الموصوفة سابقا.

الأول هو جهاز استشعار يعمل باللمس يمكنه اكتشاف قوى ضئيلة جدًا. يرسل هذا المستشعر إشارات خلال المكون الثاني - خلية إلكترونية مرنة. إن المستشعر اللمسي والخلايا العصبية الإلكترونية عبارة عن نسخ محسنة من الاختراعات التي تم الإبلاغ عنها سابقًا في مختبر Bao.

تحفز الإشارات الحسية من هذه المكونات المكون الثالث ، وهو عبارة عن ترانزستور متشابك اصطناعي تم تصميمه على شكل مشابك بشرية. إن الترانزستور المتشابك هو من بنات أفكار تاي وو لي من جامعة سيول الوطنية ، الذي أمضى سنته التفرغية في مختبر باو في ستانفورد لبدء العمل التعاوني.

وقال لي ، الذي كان ثاني مؤلف رفيع المستوى في الصحيفة: "يمكن للمشابك البيولوجية أن تنقل الإشارات ، وأن تخزن المعلومات لاتخاذ قرارات بسيطة". "يقوم الترانزستور المشبكي بأداء هذه الوظائف في الدائرة العصبية الاصطناعية."

استخدم لي رد الفعل على ركبته كمثال على الكيفية التي يمكن أن تكون بها الدوائر العصبية الاصطناعية الأكثر تقدمًا يومًا ما جزءًا من الجلد الاصطناعي الذي من شأنه أن يمنح الأجهزة الاصطناعية أو الروبوتات كل من الحواس وردود الفعل.

عند البشر ، عندما يتسبب الصنبور المفاجئ في تمدد عضلات الركبة ، ترسل بعض المستشعرات في تلك العضلات دفعة من خلال الخلايا العصبية. يرسل العصبون بدوره سلسلة من الإشارات إلى نقاط الاشتباك العصبي ذات الصلة. تتعرف الشبكة المشبكية على نمط التمدد المفاجئ وتصدر إشارتين في وقت واحد ، واحدة تتسبب في انكماش عضلات الركبة بشكل انعكاس ورابع ، إشارة أقل إلحاحًا لتسجيل الإحساس في الدماغ.

مما يجعلها تعمل

أمام العمل الجديد طريق طويل قبل أن يصل إلى هذا المستوى من التعقيد. ولكن في ورقة العلوم ، تصف المجموعة كيف أن العصبون الإلكتروني سلّم الإشارات إلى الترانزستور المشبكي ، الذي تم تصميمه بطريقة تعلمت كيفية التعرف على المدخلات الحسية والتفاعل معها على أساس كثافة وتواتر إشارات الطاقة المنخفضة ، فقط مثل المشبك البيولوجي.

اختبر أعضاء المجموعة قدرة النظام على توليد ردود الفعل والحس.

في اختبار واحد وصلوا عصبهم الاصطناعي إلى ساق صرصور وتطبيق زيادات صغيرة من الضغط على أجهزة الاستشعار التي تعمل باللمس. حولت الخلية العصبية الإلكترونية إشارة المستشعر إلى إشارات رقمية ونقلتها عبر الترانزستور المشبكي ، مما أدى إلى انحسار الساق أكثر أو أقل بقوة مع زيادة الضغط على مستشعر اللمس أو انخفاضه.

كما أظهروا أن العصب الاصطناعي يمكن أن يكتشف أحاسيس اللمس المختلفة. في تجربة واحدة كان العصب الاصطناعي قادرا على تمييز حروف برايل. وفي أخرى ، قاموا بتدحرج أسطوانة فوق المستشعر في اتجاهات مختلفة وكشفوا بدقة اتجاه الحركة.

كان طلاب الدراسات العليا في جامعة باو يونغين كيم وأليكس تشورتوس ، بالإضافة إلى وينتاو شو ، الباحث من مختبر لي ، مركزيا أيضا لدمج المكونات في الجهاز العصبي الحسي الاصطناعي الوظيفي.

ويقول الباحثون إن تقنية الأعصاب الاصطناعية لا تزال في مهدها. على سبيل المثال ، يتطلب صنع أغطية جلدية صناعية للأجهزة التعويضية أجهزة جديدة للكشف عن الحرارة وغيرها من الأحاسيس ، والقدرة على تضمينها في دوائر مرنة ثم طريقة لربط كل هذا بالمخ.

وتأمل المجموعة أيضا في إنشاء شبكات استشعار اصطناعية منخفضة الطاقة لتغطية الروبوتات ، والفكرة هي جعلها أكثر مرونة من خلال تقديم بعض من التغذية المرتدة نفسها التي يستمدها البشر من جلدهم.

0 التعليقات:

إرسال تعليق