Vísindamenn hafa þróað gervi skyntaugakerfi sem getur unnið úr upplýsingum sem líkjast mannslíkamanum og það gæti í raun veitt gervilimum snertiskyn.
Húðin okkar, stærsta líffæri líkamans, er líka mikilvægust þar sem hún þekur allan líkamann, stjórnar líkamshita okkar og verndar okkur fyrir skaðlegum utanaðkomandi þáttum eins og sól, óeðlilegu hitastigi, sýklum osfrv. Húðin okkar getur teygt sig ótrúlega og getur lagað sig. Húðin er líka mikilvæg vegna þess að hún veitir okkur snertitilfinningu sem við getum tekið ákvarðanir í gegnum. Húð er flókið skynjunar- og merkjakerfi fyrir okkur.
Í rannsókn sem birt var í Vísindi, vísindamenn undir forystu Zhenan Bao við Stanford háskólann og Seoul National University hafa þróað gervi skyntaugakerfi sem gæti verið stórt skref í átt að því að búa til „gervihúð“ fyrir stoðtækjum útlimum sem gætu endurheimt tilfinninguna og virkað eins og venjuleg húðhlíf. The krefjandi þáttur þessarar rannsóknar var hvernig á að líkja eftir húðinni okkar sem býr yfir nokkrum einstökum eiginleikum. Sá eiginleiki sem er erfiðast að líkja eftir er hvernig húðin okkar virkar eins og klár skynjun net sem í fyrsta lagi sendir skynjun til heilans og skipar einnig vöðvum okkar að bregðast við með viðbragði til að taka skjótar ákvarðanir. Til dæmis veldur banki að olnbogavöðvar teygjast og skynjarar í þessum vöðvum senda boð til heilans í gegnum taugafrumu. Taugafruman sendir síðan röð merkja til viðeigandi taugamóta. Synaptic netið í líkama okkar þekkir mynstur skyndilegrar teygju í vöðvum og sendir frá sér tvö merki samtímis. Eitt merki veldur því að olnbogavöðvarnir dragast saman sem viðbragð og annað merki fer til heilans til að upplýsa um þessa tilfinningu. Öll þessi atburðarrás gerist á næstum sekúndubroti. Það er enn krefjandi að líkja eftir þessu flókna líffræðilega skyntaugakerfi, þar með talið öllum starfrænum þáttum í neti taugafrumna.
Einstakt skyntaugakerfi sem „líkir eftir“ hinu raunverulega
Vísindamenn hafa búið til einstakt skynjunarkerfi sem gæti endurtekið hvernig taugakerfi mannsins virkar. „Gervi taugahringrásin“ sem vísindamenn hafa hannað sameinar þrjá þætti í flatt, sveigjanlegt lak sem mælist nokkra sentímetra. Þessum íhlutum hefur verið lýst hver fyrir sig áður. Fyrsti þátturinn er snerting skynjari which can detect forces and pressure (even mini ones). This sensor (made of lífræn polymers, carbon nanotubes and gold electrodes) send signals through a second component, a flexible electronic neuron. Both these components are enhanced and improved versions of what was developed by same researchers before. Sensory signals generated and passed through these two components are delivered to a third component, an artificial synaptic transistor which is modelled exactly like human synapses in the brain. All these three components have to work cohesively and demonstrating the end function was the most challenging aspect. Real biological synapses relay signals and store information which is required to take decisions. This synaptic transistor “performs” these functions by delivering electronic signals to the synaptic transistor by using the artificial nerve circuit. Therefore, this artificial system learns to recognize and react to sensory inputs based upon the intensity and frequency of low-power signals, just how a biological synapse would do in a living body. The novelty of this study is how these three individual components that are known previously were integrated successfully for the first time to deliver a cohesive system.
Vísindamenn prófuðu getu þessa kerfis til að búa til viðbragð og skynja einnig snertingu. Í einni tilraun festu þeir gervitaug sína við kakkalakkafót og beittu örlitlum þrýstingi á snertiskynjarann. Rafræn taugafruma breytti skynjaramerkinu í stafræn merki og sendi þau í gegnum taugamóta smára. Þetta olli því að fótleggur kakkalakkans kipptist eftir þrýstingshækkun eða lækkun á snertiskynjara. Svo, þessi gervi uppsetning virkjaði kippviðbragðið. Í annarri tilraun sýndu vísindamenn getu gervitaugarinnar til að greina mismunandi snertiskyn með því að geta greint blindraletursstafi. Í annarri prófun veltu þeir strokka yfir skynjarann í mismunandi áttir og gátu greint nákvæmlega stefnu hreyfingarinnar. Þannig er þetta tæki fær um að bæta hlutgreiningu og fína áþreifanlega upplýsingavinnslu eins og áferðargreiningu, blindralestur og aðgreina brúnir hluta.
Framtíð gervi skyntaugakerfis
Þessi gervi taugatækni er á mjög frumstigi og hefur ekki náð tilskildu flækjustigi en hefur gefið gríðarlega von um að búa til gervi húðhúð. Það er ljóst að slíkar „hlífar“ þyrftu einnig tæki til að greina hita, titring, þrýsting og aðra krafta og skynjun. Þeir verða að hafa góða getu til að festast í sveigjanlegar hringrásir svo að þeir geti á áhrifaríkan hátt tengst heilanum. Til að líkja eftir húðinni okkar þarf tækið að hafa meiri samþættingu og virkni sem gerir það stöðugra og áreiðanlegra.
Þessi gervi taugatækni gæti verið blessun fyrir stoðtæki og endurheimt tilfinningu hjá aflimuðum. Gervitækin hafa batnað mikið á árinu með meiri þrívíddarprentunartækni í boði og viðbragðsmeiri vélfærakerfum. Þrátt fyrir þessar uppfærslur þarf að stjórna flestum gervitækjum sem til eru í dag á mjög grófan hátt þar sem þau veita ekki gott fullnægjandi tengi við heilann vegna skorts á innlimun á ranghala víðáttumikils taugakerfis mannsins. Tækið gefur ekki endurgjöf og þar með finnur sjúklingurinn fyrir mikilli óánægju og fleygir þeim fyrr eða síðar. Slík gervi taugatækni þegar hún er tekin inn í stoðtæki mun skila snertiupplýsingum fyrir notendur og mun hjálpa til við að veita sjúklingum betri upplifun. Þetta tæki er stórt skref í átt að því að búa til húðlík skyntaugakerfi fyrir ýmis forrit með því að veita viðbragðs- og snertiskyn.
***
{Þú getur lesið upprunalegu rannsóknarritgerðina með því að smella á DOI hlekkinn sem gefinn er upp hér að neðan á listanum yfir tilvitnaðar heimildir}
Heimildir)
Yeongin K o.fl. 2018. Lífræn innblásin sveigjanleg lífræn gervi aðlæg taug. Vísindi. https://doi.org/10.1126/science.aao0098
