پژوهشگران موفق به توسعه نوعی پوست مصنوعی نورومورفیک برای رباتها شدهاند که اطلاعات حسی را نه بهصورت دادههای دیجیتال متداول بلکه با الگوبرداری از سیستم عصبی انسان و از طریق پالسها یا شلیکهای عصبی (spikes) منتقل میکند. این فناوری میتواند مسیر تازهای برای ساخت رباتهای هوشمندتر، واکنشپذیرتر و کممصرفتر از نظر انرژی باز کند.
به گزارش برنا، سیستم عصبی انسان با وجود سیگنالهای پرنویز و پیچیده، توانایی خارقالعادهای در پردازش و یکپارچهسازی اطلاعات حسی دارد. اکنون محققان با الهام از همین سازوکار پوستی مصنوعی طراحی کردهاند که میتواند روی دست یا اندامهای رباتیک نصب شود و دادههای فشاری را بهشیوهای شبیه نورونهای زیستی منتقل و تحلیل کند.
در این پروژه که توسط پژوهشگرانی در چین انجام شده تمرکز اصلی روی حس فشار بوده است. آنها ابتدا یک پوست پلیمری انعطافپذیر با حسگرهای فشاری تعبیهشده طراحی کردند. این حسگرها از طریق پلیمرهای رسانا به مدارهای بعدی متصل میشوند. در لایه بعد دادههای خام حسگرها به پالسهای الکتریکی کوتاه تبدیل میشوند؛ پالسهایی که مشابه فعالیت نورونهای عصبی عمل میکنند.
در این سیستم اطلاعات به چند روش در قالب شلیکهای عصبی منتقل میشود: فرکانس پالسها، دامنه، شکل و طول آنها.
همانند سیستم عصبی زیستی فرکانس شلیکها برای نمایش شدت فشار بهکار میرود و سایر ویژگیها بهصورت یک کد شناسایی عمل میکنند تا مشخص شود هر سیگنال از کدام حسگر و کدام نقطه پوست ارسال شده است.
علاوه بر این هر حسگر در بازههای زمانی مشخص سیگنالی با مضمون من فعال هستم ارسال میکند. قطع این سیگنال میتواند نشانه خرابی یا آسیب حسگر باشد.
{$sepehr_key_10134}
لایههای بعدی سیستم قادرند هم محل اعمال فشار و هم شدت آن را تشخیص دهند. این لایهها همچنین میتوانند ارزیابی اولیهای از دادهها انجام دهند. برای مثال اگر تجمع پالسها از یک آستانه مشخص عبور کند سیگنالی مشابه حس درد فعال میشود. این مکانیزم امکان ایجاد واکنشهای سریع و رفلکسی را فراهم میکند؛ بدون آنکه نیاز به پردازش در سطح بالای کنترل ربات باشد.
در آزمایشها یک بازوی رباتیک مجهز به این پوست مصنوعی هنگام اعمال فشار خطرناک بهطور خودکار حرکت میکرد تا از آسیب جلوگیری کند. در نمونهای دیگر میزان فشار واردشده به بازوی ربات باعث تغییر حالت چهره یک ربات نمایشی شد؛ رفتاری که نشاندهنده انتقال اطلاعات حسی به مرکز کنترل یا همان مغز ربات است.
یکی از ویژگیهای مهم این پوست مصنوعی قابلیت تعمیر سریع آن است. پوست از قطعات ماژولاری تشکیل شده که با قفلهای مغناطیسی به هم متصل میشوند. هر قطعه دارای یک کد شناسایی منحصربهفرد است و در صورت آسیب اپراتور میتواند بهسادگی قطعه معیوب را جدا و جایگزین کند و سپس اطلاعات موقعیتی آن را در سیستم بهروزرسانی کند.
پژوهشگران این فناوری را پوست الکترونیکی رباتیک نورومورفیک (NRE-skin) نامگذاری کردهاند. با این حال خود آنها تاکید میکنند که این سیستم مدل دقیقی از زیستشناسی انسان نیست بلکه صرفا از اصول کلی سیستم عصبی الهام گرفته است. برای نمونه در بدن انسان، موقعیت حسها روی نقشهای عصبی از بدن نگاشت میشود، نه از طریق کدگذاری در ویژگیهای پالسها؛ روشی که در NRE skin بهکار رفته است.
همچنین این پوست مصنوعی در نسخه فعلی فقط حس فشار را تشخیص میدهد، در حالی که پوست واقعی انسان قادر به پردازش همزمان دما، درد، تحریکات شیمیایی و سایر حسهاست. افزودن این قابلیتها در آینده ممکن است، اما نیازمند سامانههای پردازشی موازی خواهد بود.
با وجود محدودیتها مزیت کلیدی این فناوری در سازگاری آن با پردازندههای نورومورفیک مبتنی بر شلیک عصبی است؛ پردازندههایی که میتوانند شبکههای عصبی را با مصرف انرژی بسیار کمتر اجرا کنند. از این رو پژوهشگران معتقدند توسعه چنین پوستهایی میتواند گامی مهم در مسیر ساخت رباتهای هوشمند، ایمن و کارآمدتر باشد.
انتهای پیام/