一款全新的人造神经系统,并成功用它实现了对触觉的模拟

如果一只棱角分明的机械手,拥有了人类一样的感觉会是怎样的情形？在拿起一杯开水的时候,这只机械手能感觉到烫,被门夹到的时候能感觉到疼,这样的情形曾出现在很多电影场景中,但近来,这个幻想正越来越接近现实。

人类一直都在为实现将人体感官“复制”到机器人身上的梦想而不停努力。但迄今为止,机器人仍然缺乏一些极其关键的能力,其中就包括人类精密而完善的触觉。

人工传入神经系统与生物神经系统的比较

近日,顶尖学术期刊《科学》刊登了一项来自美国斯坦福大学鲍哲南教授团队的突破性研究。在这项研究中,科学家们开发出了一款全新的人造神经系统,并成功用它实现了对触觉的模拟,这项研究向假肢制造、人造皮肤迈出了第一步,或许有一天会给机器人某种反射能力。

鲍哲南教授领导的团队一直想要打造有触觉的人造皮肤,而这种“人造皮肤”本质上其实是一种独特的电子元件,它利用敏感的电子材料制成,可以被拉伸,能够感受到微小的压力带来的电流变化。

2015年,《科学》曾经刊出过鲍哲南团队的一项人造皮肤成果。当时,该团队制造的人造皮肤已经可以响应压力变化,并向神经细胞发送信号,接近人皮肤触觉的真实机制。此次的人造感觉系统更进了一步,已经能够感受方向、传递信息和识别盲文。可以更好地帮助人造皮肤实现更接近生物体的触觉能力。

赋予机器人更强的能力

这一人造神经更加适合于舒适性人体假肢感觉的重现,以及可穿戴电子产品的应用。未来,科学家可以集成更多人造神经系统,接收各种不同的感觉信息。

利用人造神经,科学家可以制造出拥有人类感觉的人造皮肤。这种皮肤像纸一样薄,具有双层结构,外层是感知压力的传感器,由塑料和碳纳米管制成；内层是柔性电子电路,可以把压力信号转变成电子信号,传递给大脑,刺激神经元,甚至可以感知蝴蝶落在表面的“触觉”并作出反应。

目前这款人造感觉神经还处在初步阶段,尚不能像真正的皮肤那样感知更加复杂的机械信息以及温度等,这些将是科学家未来的研究方向。从功耗的角度上来说,这种人造感觉神经也仍然有非常大的提升空间。比如,其中人造突触晶体管的部分,团队一直在致力于将其能耗进一步降低。目前,纳米线结构的人造突触晶体管能耗已经被降至与生物突触类似的程度。