Keinotekoinen ihon kaltainen hermojärjestelmä

Stanfordin ja Soulin kansallisen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet keinotekoisen hermostojärjestelmän, joka voisi antaa proteesiraajoille kyvyn refleksoida tai roboteille kyvyn tuntea kosketusta.

"Me otamme ihon itsestäänselvyytenä, mutta se on monimutkainen tunnistus-, signalointi- ja päätöksentekojärjestelmä", toteaa professori Zhenan Bao. "Tämä keinotekoinen sensorinen hermojärjestelmä on askel kohti ihon kaltaisesti aistivien hermoverkkojen tekemistä monenlaisille sovelluksille."

Tämä saavutus on osa Baon ryhmän pyrkimystä jäljitellä miten iho voi venyä, korjata itsensä ja ennen kaikkea toimia älykkäästi aistinvaraisena verkostona, joka ei pelkästään siirrä miellyttäviä aistimuksia aivoille, vaan myös määrää lihakset reagoimaan refleksiivisesti, tekemään nopeita päätöksiä.

Tutkijat rakensivat keinotekoisen aistinhermopiirin, joka voitaisiin upottaa tulevaisuudessa ihon kaltaiseen rakenteeseen neuroproteesilaitteille ja pehmeälle robotiikalle.

Tällainen alkeellinen keinotekoinen hermopiiri integroi kolme aiemmin kuvattua komponenttia. Ensimmäinen on kosketusanturi, joka siirtää signaalinsa joustavan elektronisen neuronin kautta stimuloimaan kolmatta komponenttia, keinotekoista synaptista transistoria, joka on mallinnettu ihmisen synapsien mukaan.

Synaptinen transistori on Soulin kansallisen yliopiston Tae-Woo Leen aivotyötä. "Biologiset synapsit voivat lähettää signaaleja ja tallentaa informaatiota yksinkertaisten päätösten tekemiseksi", toteaa Lee. "Synaptinen transistori suorittaa nämä toiminnot keinotekoisessa hermopiirissä."

Lee käytti polven refleksiä esimerkkinä siitä, kuinka kehittyneemmät keinotekoiset hermopiirit olisivat jonain päivänä osa keinotekoista ihoa, joka antaisi proteesilaitteille tai roboteille sekä aistit että refleksit.

Uudella työllä on vielä pitkä matka ennen kuin se saavuttaa kyseisen monimutkaisuuden. Mutta tutkimusjulkaisussa ryhmä kuvailee kuinka elektroninen neuroni antoi signaaleja synapsiseen transistoriin, joka oppi tunnistamaan ja reagoimaan aistien tulosignaalien intensiteettiin ja taajuuteen aivan kuten biologinen synapsi.

Ryhmän jäsenet testasivat järjestelmän kykyä tuottaa sekä refleksejä että tunnistusta.

Yhdessä testissä he kiinnittivät keinotekoisen hermostonsa torakan jalkaan ja saivat sen liikkumaan enemmän tai vähemmän voimakkaasti, kun kosketusanturin paine kasvoi tai laski.

He osoittivat myös, että keinotekoinen hermo voisi havaita erilaisia kosketusvaikutuksia. Yhdessä kokeessa keinotekoinen hermo pystyi erottamaan pistekirjoitusta. Toisessa, he pyörivät sylinteriä anturin yli eri suuntiin ja havaitsivat tarkasti liikkeen suunnan.

Aiheesta aiemmin: Synapsinen transistori muistaa

Nanoteknologialla keinotekoisia synapseja