В новом исследовании ученые объединили искусственные синапсы с передовыми датчиками, чтобы имитировать свойства кожи человека.
Под вдохновением от свойств человеческой кожи, исследователи из Школы материаловедения и инженерии разработали электронное устройство, способное обнаруживать механические стимулы для обработки информации. Сюда входит распознавание жестов и рукописного ввода при сверхнизком энергопотреблении.
В биологических нервных системах сенсорные органы, такие как кожа, могут обнаруживать стимулы, а генерируемые сигналы могут затем передаваться в человеческий мозг через нейроны и синапсы для обработки и, в конечном итоге, для ответа.
Люди могут чувствовать давление, боль и взаимодействовать с окружающей средой через кожу. Предполагается, что система будет имитировать функциональность кожи человека. При дальнейшем развитии эта технология может найти применение в таких областях, как уход за пожилыми людьми, мониторинг экстремальных видов спорта и захват движения.
Что такое электронная кожа?
Искусственная кожа становится революционной сенсорной технологией для удовлетворения растущих потребностей в мониторинге жизненно важных органов в режиме реального времени, включая артериальное давление, температуру и уровень кислорода.
Помимо использования в медицинских учреждениях, электронную кожу можно использовать для измерения состояния здоровья спортсменов и людей, работающих в опасных условиях.
Недавно были разработаны растягиваемые датчики деформации, имитирующие восприятие кожи человека путем измерения давления, натяжения и веса. Существующие датчики могут обнаруживать и преобразовывать внешние раздражители в электрические сигналы.
Проблема в том, что большинство этих датчиков не могут обрабатывать сигналы. Для этого потребуется еще один процессор, который будет потреблять много электроэнергии. Поэтому без функции обработки одни только эти датчики не могут соответствовать сенсорной функции кожи человека.
Объединение датчиков с нейроморфными вычислительными устройствами
Чтобы преодолеть ограничения существующих искусственных систем восприятия, команда исследователей обратилась за вдохновением к нервной системе человека.
Биологические синапсы — это мосты, соединяющие нейроны по всему телу — они играют ключевую роль в памяти мозга и функциях обучения. Эти биологические системы и сыграли ключевую роль в разработке новой технологии.
Электрический ток, питающий устройство, соответствует силе связи между двумя нейронами. Учёные применили электрические стимулы для управления проводимостью устройства, чтобы имитировать синаптическое поведение человека. Полная система состоит из нейроморфного вычислительного устройства в сочетании с высокочувствительными датчиками.
Датчики очень чувствительны к любой приложенной деформации, и при различных деформациях будут генерироваться различные электрические сигналы. Если объединить устройство с датчиками, оно будет потреблять гораздо меньше энергии, станет умнее и энергоэффективнее.
Датчики могут обнаруживать тонкие движения человека и отслеживать физиологические сигналы, включая пульс на запястье, дыхание и вибрацию голосовых связок, а нейроморфное вычислительное устройство может обнаруживать стимулы и интерпретировать сенсорную информацию для распознавания жестов.
Многообещающий потенциал
Эта работа предлагает новые идеи в разработке искусственных синапсов и датчиков для обработки и распознавания информации для нейроморфных вычислений и приложений искусственного интеллекта. Например, она предлагает многообещающий потенциал для развития умных носимых технологий, которые могут обнаруживать движения тела или могут быть применены к мягкой робототехнике и протезированию.
Хотя это исследование знаменует собой важный прогресс в разработке электронной кожи, еще многое предстоит сделать, прежде чем использовать его в повседневной жизни.