如果能讓機器人擁有觸覺,可以感知溫度、壓力,甚至具有神經活動,那么它們將“解鎖”更多新技能。日前,世界上首條柔性人造觸覺神經的問世,讓這一設想距離現實更近了一步。近日,美國斯坦福大學鮑哲楠、韓國首爾大學李泰宇、南開大學徐文濤團隊聯合在《科學》雜志上發表論文,報道了一種基于柔性有機電子器件的高靈敏度仿生觸覺神經系統。這種人工神經觸覺系統具有良好的生物兼容性、柔性和高靈敏度,在機器人手術、義肢感觸等領域具有應用前景。
南開大學電子信息與光學工程學院徐文濤教授說,這項研究要解決的核心問題和關鍵點在于,設計并實現與生物神經系統工作原理相似,并能與生物神經信號兼容的人造系統,同時使這套系統具有很好的柔韌性。基于上述設想,中美韓聯合研究團隊利用柔性有機材料模擬了一種人體觸覺神經。這種人造感知神經由 3 個核心部件組成:電阻式壓力傳感器、有機環形振蕩器、突觸晶體管。該系統首先利用一系列感受器感知極為細微的壓力,并產生相應的電壓變化,隨后通過環形振蕩器(人工神經纖維)將電壓變化轉變為電脈沖信號。多個環形振蕩器得到的電信號被突觸晶體管集成轉變為突觸電流,進而傳遞到下一級神經。
“從功能上講,這種人造神經能很好地模擬人類皮膚的觸覺功能,并能與生物體神經信號兼容。我們初步證實了這種兼容性。”徐文濤說,這項工作開創性地制造出柔性人造感知神經,并實現人造神經與動物神經形成的雜化反射弧。
“由于這種感知神經與生物體神經的兼容性,它可應用于假肢中與人體神經系統相兼容的感知的實現,而且對神經系統疾病的治療具有潛在意義。同時,這種人造神經如果應用于軟體機器人,可使其實現類似人類的感知,并在極端工作環境中替代人。”徐文濤說。
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