Искусственная кожа человека будет обладать тактильными чувствами
Исследователи из Южной Кореи (университеты Сунгюнкван и Ханьян) создали искусственную тактильную сенсорную систему, которая имитирует способ, которым люди распознают объекты в своем окружении с помощью осязания.
За последние несколько десятилетий робототехники и компьютерщики разработали искусственные системы, которые воспроизводят биологические функции и способности подобно человеческим все более реалистичными способами. Сюда входят системы искусственного интеллекта, а также датчики, которые могут собирать различные типы сенсорных данных.
Пытаясь понять свойства предметов и понять, как их брать или обращаться с ними, люди часто полагаются на свое осязание. Таким образом, и искусственные сенсорные системы, которые воспроизводят человеческое прикосновение, крайне важны, поскольку они могут позволить создавать производительных роботов или протезы, способные выполнять более точные движения. Однако разработка систем с человеческими возможностями остается сложной задачей.
Исследователями была создана искусственная нейронная тактильная система искусственной кожи, которая выполнена с использованием полимерных композитных сенсоров и системы преобразования сигналов, способная имитировать процесс тактильного распознавания подобно человеку.
Люди обнаруживают тактильные раздражители посредством комбинации сигналов давления и вибрации с использованием различных типов кожных рецепторов, которые преобразуют тактильные ощущения в сигналы и передают из в мозг через нервные окончания.
Чтобы имитировать тактильную систему человека, искусственная нейронная тактильная кожа использует датчики, которые реагируют на давление и вибрацию, воспроизводя функцию медленных и быстрых механорецепторов в коже человека. Данные, которые они собирают, напоминают информацию, собранную сенсорными нейронами человека. Таким образом, они в конечном итоге производят сигналы, похожие на сигналы тактильных нервных окончаний человека.
Чтобы оценить систему искусственной кожи и доказать, что она может быть интегрирована в реальные биологические системы, исследователи провели серию экспериментов на мышах. Эти эксперименты включали тест передачи через нервные окончания и тест мышечной реакции. Результаты обоих этих экспериментов были многообещающими, подтверждая возможность интеграции системы в реальные биологические системы.
Помимо тестирования искусственной кожи путем интеграции ее с реальными биологическими системами, исследователи оценили ее способность анализировать и распознавать текстуру поверхностей. Для этого они ламинировали искусственные гребни, имитирующие структуру кончика пальца человека, на своем устройстве с Т-образной кожей. Они обнаружили, что эта система может распознавать сложные текстурные узоры. Кроме того, команда объединила это с техникой глубокого обучения, которая может классифицировать структуры поверхности, достигнув высокой точности классификации текстур — 99,1%.
Работа ученых позволяет использовать тактильную сенсорную систему для разработки искусственного пальца, который может научиться классифицировать тонкие и сложные текстуры путем интеграции сигналов сенсоров с помощью техники глубокого обучения. Этот подход также можно использовать для предсказания неизвестных текстур на основе обученной модели.
