纳米机器人引擎小型大能解锁新感觉的未来
电影《机器管家》里的机器人管家安德鲁在科学家的帮助下,安装了感觉模块,一改往日高冷做派,变得会吃醋,会喊疼,并有了人类的各种“感觉”……如今,这一科幻场景正一点一滴地走近现实。
近日,《科学》杂志刊登了一篇关于人造神经系统的研究,该系统由斯坦福大学鲍哲南教授、首尔大学李泰宇教授以及南开大学徐文涛教授共同完成。他们成功研发出首条柔性的人造感觉神经,并实现了对触觉的模拟。这项全新的神经系统是如何制造出来的?它将给我们带来哪些改变?
这项研究向类人假肢和人造皮肤等器官仿生制造迈出坚实一步。未来,机器人将变得“温情脉脉”,像真人一样能解锁更多“感觉”。为了达到这一目标,最核心的问题和难点在于设计并实现与生物神经系统工作原理相似的,以及能够与生物神经信号兼容的人造系统,而且这套系统还得具有很好的柔韧性。
科学家们通过借鉴生物传入神经系统,将其分为三大核心组件:触觉感受器、人造神经元和突触晶体管。其中,触觉感受器由压力传感器组成,与一个环形振荡器连接;这些传感器负责感知压力信号,并产生电压变化;环形振荡器将电压变化转换成电脉冲;最后,突触晶体管输出电脉冲,从而形成完整反射弧。
早前,他们已经成功制造了一款可以响应压力变化并向神经细胞发送信号的人造皮肤。而现在,他们不仅能够感受到方向,还能识别盲文字符。这意味着他们已经能够更好地帮助人类接近生物体的触觉能力。
在识别盲文试验中,他们使用一定像素的盲文字符作用于6个不同位置上的压力传感器,然后利用对应环形振荡进行信号转换,再通过多个突触晶体获得突触后电流波形,以此识别盲文字符。此外,他们还将这种人的感觉 神経与蟑螂腿运动 神經连接,使得蟑螂腿通过电流变动实现弹跳反射运动,这显示了该设备不仅可模拟人类皮肤,但也能与生物体良好兼容。
值得注意的是,这种突击晶体具有结构简单、灵活性及柔韧性的优势,可以根据材料选择及微结构调节性能,因此适合舒适性假肢和可穿戴电子应用。在未来的应用中,它们希望集成更多这样的精确化技术,为假肢用户提供更好的控制机会,同时也可能用于软机制作,如用于极端环境中的替代品。
然而,即使如此,该设备目前仍不能处理复杂机械信息或温度等信息。这正是他们即将展开工作的一个重点方向。