斯坦福大学开发的人工神经系统为假肢设备和机器人带来触觉

斯坦福大学和汉城国立大学的研究人员已经开发出一种人造的感觉神经系统，该系统可以激活蟑螂的抽搐反射并识别盲文字母表中的字母。这项工作在《科学》杂志上进行了报道 ，是朝着为假肢创造人造皮肤，恢复被截肢者的感觉迈出的一步，也许有一天，它可以使机器人具备某种类型的反射能力。

斯坦福大学教授鲍振南(Shenford Bao)是和韩国领先的研究人员，致力于寻找人工神经系统。图片来源：Kevin Craft

“我们采取的皮肤是理所当然的，但它是一个复杂的传感，信号和决策系统”，说 浙南宝，化学工程教授，高级作者之一。“这种人工感觉神经系统是迈向为各种应用制造类似皮肤的感觉神经网络的一步。”

建筑模块

这个里程碑是Bao尝试模仿皮肤如何伸展，自我修复以及最显着地像智能传感网络一样工作的一部分，该传感网络不仅知道如何向大脑传递愉悦的感觉，而且还知道何时使肌肉进行反射性反应。做出及时的决定。

最新的《 科学》杂志 描述了研究人员如何构建一种人造的感觉神经回路，该回路可以嵌入到未来的类似皮肤的覆盖物中，用于神经修复设备和软机器人。这个基本的人工神经回路集成了三个先前描述的组件。

第一个是触摸传感器，它甚至可以检测到很小的力。该传感器通过第二个组件-柔性电子神经元发送信号。触摸传感器和电子神经元是先前由Bao实验室报告的发明的改进版本。

来自这些成分的感官信号刺激第三成分，即根据人类突触建模的 人工突触晶体管。突触晶体管是首尔国立大学的Tae-Woo Lee的创意，他在Bao的Stanford实验室度过了休假的一年，以开展协作工作。

“生物突触既可以传递信号，也可以存储信息以做出简单的决定，”该论文的第二位高级作者李说。“突触晶体管在人工神经回路中执行这些功能。”

Lee以膝盖反射为例，说明有一天先进的人造神经回路可能是人造皮肤的一部分，这种人造皮肤将为假肢设备或机器人提供感觉和反射。

在人类中，当突然的轻拍导致膝盖肌肉伸展时，这些肌肉中的某些传感器会通过神经元发出脉冲。神经元继而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，一个导致膝盖肌肉反射性收缩，另一个不那么紧急的信号记录大脑的感觉。

使它工作

这项新工作要达到如此复杂的水平还有很长的路要走。但是，在《 科学》杂志的论文中，该小组描述了电子神经元如何将信号传递到突触晶体管，该突触晶体管的设计方式是，它学会了根据低功率信号的强度和频率来识别和响应感觉输入，仅此而已。就像一个生物突触。

小组成员测试了系统产生反射和感应触觉的能力。

在一项测试中，他们将人工神经钩在蟑螂的腿上，并向触摸传感器施加很小的压力增量。电子神经元将传感器信号转换为数字信号，并通过突触晶体管进行中继，随着触摸传感器上压力的升高或降低，腿部或多或少会剧烈抽动。

他们还表明，人造神经可以检测各种触摸感觉。在一个实验中，人工神经能够区分盲文字母。在另一种方法中，他们沿不同的方向在传感器上滚动了一个圆柱体，并准确地检测了运动的方向。

Bao的研究生Yeongin Kim和Alex Chortos，以及Lee自己实验室的研究员Wenwen Xu，对于将这些成分整合到功能性的人工感觉神经系统中也起着至关重要的作用。

研究人员说，人工神经技术仍处于起步阶段。例如，为假肢设备制作人造皮肤覆盖物将需要新的设备来检测热量和其他感觉，将它们嵌入柔性电路的能力，然后是将所有这些与大脑连接的方法。

该小组还希望创建覆盖机器人的低功率人工传感器网络，其思想是通过提供人类从皮肤中获得的相同反馈来使其更加敏捷。

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