Cercetătorii creează o piele artificială tactilă care imită procesele umane de recunoaștere tactilă

În ultimele decenii, roboticienii și informaticienii au dezvoltat sisteme artificiale care reproduc funcțiile biologice și abilitățile umane în moduri din ce în ce mai realiste. Aceasta include sisteme de inteligență artificială, precum și senzori care pot capta diferite tipuri de date senzoriale.

Figura care explică modul în care funcționează un sistem artificial de detectare tactilă care imită simțul tactil uman.  Chun și colab.

Când încearcă să înțeleagă proprietățile obiectelor și cum să le prindă sau să le manipuleze, oamenii se bazează adesea pe simțul tactil. Sistemele de detectare artificială care replică atingerea umană pot avea astfel o mare valoare, deoarece ar putea permite dezvoltarea unor roboți sau membre protetice mai performante și mai receptive.

Cercetătorii de la Universitatea Sungkyunkwan și Universitatea Hanyang din Coreea de Sud au creat recent un sistem artificial de detectare tactilă care imită modul în care oamenii recunosc obiectele din mediul înconjurător prin simțul tactil. Acest sistem, prezentat într-o lucrare publicată în Nature Electronics, folosește senzori pentru a capta date asociate cu proprietățile tactile ale obiectelor.

„Raportăm un sistem de piele artificială neuronală tactilă care imită procesul de recunoaștere tactilă umană folosind senzori compoziti polimerici pe bază de particule și un sistem de conversie a semnalului”, au scris Sungwoo Chun și colegii săi în lucrarea lor.

Sistemele senzoriale biologice transformă stimulii tactili în potențiale de acțiune printr-un proces cunoscut sub numele de transducție somatosenzorială. Ulterior, acestea transmit aceste semnale către creier prin intermediul nervilor aferenți.

Pentru a emula sistemul tactil uman, pielea artificială neuronală tactilă creată de Chun și colegii săi utilizează senzori care răspund la presiune și vibrații, replicând funcția mecanoreceptorilor adaptivi lenti și rapizi de adaptare din pielea umană. Datele pe care le colectează seamănă cu informațiile colectate de neuronii senzoriali umani; astfel produc în cele din urmă semnale care arată ca semnale nervoase tactile umane.

Sistemul creat de cercetători este alcătuit din filme T-skin cu particule piezorezistive și piezoelectrice conductoare dispuse într-o matrice de polimer elastic. Filmele sunt ultra subțiri (<120μm), ușoare (15 mg cm-2) și adezive, astfel seamănă foarte mult cu pielea umană reală.

Pentru a-și evalua sistemul artificial de piele și a demonstra că acesta poate fi integrat în sistemele biologice reale, cercetătorii l-au evaluat într-o serie de experimente pe șoareci. Aceste experimente au inclus un test de transmitere ex vivo într-un nerv aferent și un test de răspuns muscular in vivo prin stimularea unui nerv eferent. Rezultatele ambelor experimente au fost foarte promițătoare, confirmând posibilitatea integrării sistemului în sistemele biologice reale.

„Arătăm într-un test ex vivo că este posibilă transmiterea nedistorsionată a semnalelor de ieșire printr-o fibră nervoasă tactilă aferentă a șoarecelui și într-un test in vivo că semnalele pot stimula un nerv motor șobolan pentru a induce contracția unui mușchi al membrelor posterioare”. Chun și colegii săi au explicat în lucrarea lor.

Pe lângă testarea pielii lor artificiale prin integrarea acesteia cu sisteme biologice reale, cercetătorii au evaluat capacitatea acesteia de a analiza și recunoaște textura suprafețelor. Pentru a face acest lucru, au laminat creste artificiale care imită structura vârfului degetului uman pe dispozitivul lor cu piele în T. Au descoperit că acest sistem ar putea simți modele texturale complexe. În plus, echipa a combinat-o cu o tehnică de învățare profundă care poate clasifica structurile de suprafață, obținând o precizie remarcabilă de clasificare a texturii de 99,1%.

„Folosim sistemul nostru de detectare tactilă pentru a dezvolta un deget artificial care poate învăța să clasifice texturi fine și complexe prin integrarea semnalelor senzorilor cu o tehnică de învățare profundă”, au explicat cercetătorii în lucrarea lor. „Abordarea poate fi utilizată și pentru a prezice texturi necunoscute pe baza modelului instruit.”

În viitor, sistemul artificial de detectare tactilă dezvoltat de această echipă de cercetători ar putea fi integrat cu sistemele robotizate existente sau nou dezvoltate pentru a reproduce simțul tactil uman. Acest lucru le-ar putea îmbunătăți semnificativ performanța în sarcinile care implică atingerea, apucarea și manipularea obiectelor.

Sursa: https://techxplore.com/news/2021-06-artificial-tactile-skin-mimics-human.html