斯坦福大学开发人造神经系统，为假肢或机器人提供触觉和感知能力

AiTechYun

编辑：chux

斯坦福大学和首尔国立大学的研究人员开发了一种人造感觉神经系统，可以激活蟑螂的抽搐反射，并使其识别盲文中的字母。

这项工作是为假肢创造人造皮肤，恢复被截肢者感觉的一步，也许有一天可能会给机器人带来一些反射能力。

“我们认为皮肤是理所当然的，但它是传感，信号和决策系统的复杂结合，”化学工程教授兼高级作者之一Zhenan Bao说，“这种人造感觉神经系统是为创造类似皮肤的感觉神经网络的一个步骤。”

构建模块

这个里程碑式技术模仿了皮肤如何伸展，自我修复，并且最重要的是，它像一个智能感官网络一样，不仅知道如何将愉快的感觉传递给大脑，而且还知道什么时候命令肌肉作出反应，并及时做出决定。

这篇新的科学论文描述了研究人员如何构建人造感觉神经回路，该回路可嵌入未来用于神经假体装置和软机器人的类皮肤覆盖物中。这个基本的人造神经电路集成了前面描述的三个组件。

第一个是触摸传感器，可以检测到微弱的力量。该传感器通过第二个组件，即灵活的电子神经元发送信号。触摸传感器和电子神经元是Bao实验室先前报道的改进版发明。

来自这些成分的感觉信号刺激了第三个成分，一个模仿人类突触的人造突触晶体管。这种突触晶体管是首尔国立大学的李泰宇的心血结晶。他在斯坦福大学实验室度过了他的休假年，与Bao协作研究。

“生物突触可以传递信号，还可以存储信息以作出简单的决定，”Lee说，他是该论文的第二位资深作者。“突触晶体管在人造神经电路中执行这些功能。”

Lee用膝关节反射作为例子，说明更高级的人造神经回路将如何成为人造皮肤的一部分，从而为假肢装置或机器人提供感官和反射。

在引起人类膝盖肌肉伸展时，这些肌肉中的某些传感器通过神经元发出冲动。神经元轮流向相关突触发送一系列信号。突触网络识别突然伸展的模式，并同时发出两个信号，一个引起膝盖肌肉自反收缩，另一个不太紧急的信号将感觉记录在大脑中。

开始工作

在达到这种复杂程度之前还有很长的路要走。但在论文中，该小组描述了电子神经元如何向突触晶体管传递信号，这种信号是基于低功率信号的强度和频率识别并响应传感输入而设计的，像生物突触一样。

小组成员测试了系统产生反射和触觉的能力。

在一次测试中，他们将人造神经连接到蟑螂腿上，并对他们的触摸传感器施加微小的压力增量。电子神经元将传感器信号转换为数字信号，并通过突触晶体管传递，使得腿部随着触摸传感器上的压力增大或减小而或多或少地抽动。

他们还表明，人造神经可以检测到各种触觉。在一个实验中，人造神经能够区分盲文字母。另一方面，他们在传感器上以不同的方向滚动一个圆柱体，并精确地检测到运动方向。

研究人员说人造神经技术仍处于起步阶段。例如，为假肢设备制造人造皮肤覆盖物需要新设备来检测热量和其他感觉，将其嵌入到灵活的电路中，然后将所有这些与大脑连接起来。

团队还希望用低功耗的人造传感器网络来制造机器人的皮肤。