Группа ученых из университета Сеула и Стэнфорда сконструировали искусственный аналог сенсорной нервной системы, позволяющий определить буквы в алфавите Брайля и активировать рефлекторную реакцию на касание у таракана.
Работа, результаты которой были опубликованы в журнале в Science, открывает путь к созданию покрытия (аналога кожи) для протезов конечностей, для восстановления ощущения у пациентов с ампутированной конечностью и, возможно, в один прекрасный день у роботов могут появиться определенные рефлекторные функции. Кожа человека представляет собой сложную систему, которая реагирует на внешние раздражители и передает сигналы в мозг. Создание искусственного аналога кожи с наличием сенсорных нейро-сетей может сделать прорыв в создании протезов и роботов .
Построение системы
Задачей ученых было создание аналога кожи и ее таких свойств как возможность растяжения, регенерации и, самое важное, воссоздать сенсорные интеллектуальные свойства кожи, позволяющие с одной стороны передавать импульсы в мозг, а с другой рефлекторно реагировать на воздействие факторов внешней среды.
В проведенной работе ученые показали прототип искусственного нервного контура, который в дальнейшем может быть использован для создания новых протезов и роботов. Эта рудиментарная конструкция нейронной цепи включает три составные части .
Первый компонент - чувствительный датчик, который позволяет определить воздействие даже незначительных сил. Этот датчик передает импульсы через искусственный электронный нейрон (второй компонент системы ). Чувствительные импульсы от этих компонентов оказывают стимулирующее действие на аналог синапса человека, так называемый, синаптический транзистор. Синапсы в живом организме способны хранить информацию для выполнения простых решений ,а не только транслировать импульсы », - сказал доктор Ли, один из соавторов исследования . «Эту роль в искусственном нерве выполняет синаптический транзистор».
Коленный рефлекс может быть примером того, как в будущем должны реагировать искусственные нервные цепи, встроенные в синтезированную кожу для протезов и роботов, что предоставит им как аналоги чувств, так и рефлексы.
Новая система еще требует длительной доработки для того, чтобы достичь аналога живых нейронов. Тем менее , передача электронным нейроном сенсорных импульсов в синаптический транзистор и обработка информации позволила этой искусственно созданной нервной цепи хорошо идентифицировать и реагировать на чувствительные сигналы, даже если они были низкой интенсивности – что аналогично работе биологического синапса . Участники группы тестировали способность системы генерировать сенсорные ощущения и рефлекторную деятельность .
В одном тесте они подключили электронный нерв к ноге таракана и применили незначительное воздействие на сенсорный датчик. Искусственный нерв преобразовал импульсы датчика в цифровую форму и через синаптический транзистор передал их , заставляя ногу таракана более или менее энергично подергиваться, когда давление на сенсорный датчик увеличивалось или уменьшалось.
Также было показано, что искусственный нейрон может передавать различные тактильные ощущения. В ходе эксперимента искусственный нейрон смог отличить шрифты Брайля , а также определить направление движения цилиндра, когда они свернули цилиндр над датчиком в разных направлениях .
Исследователи сознают, что созданная конструкция искусственного нерва является только первым шагом в этом направлении, так как необходимо проработать и создание других рецепторов, таких как терморецепторы, а также сформировать возможность образования гибких цепей, а затем найти способ соединить цепи с мозгом. Группа также надеется создать нейронные покрытия для роботов, и идея состоит в том, чтобы сделать их более чувствительными и улучшить их адаптацию к внешней среде с помощью аналога кожи человека.
