在過去的幾十年時間里，機器人專家和計算機科學家致力于人工系統(tǒng)的創(chuàng)造與開發(fā)，以越來越接近現(xiàn)實的方式試圖讓生物功能和人類能力趨近。前文提及的人工系統(tǒng)，包括人工智能系統(tǒng)和可獲取各類的感官數據的傳感器。
圖丨模仿生物系統(tǒng)的人工觸覺系統(tǒng)（來源：Nature Electronics）
圖丨信號轉換系統(tǒng)將傳感器信號轉換為感覺神經元模擬信號（來源：Nature Electronics）
在人類想要理解物體的特性以及抓住或處理物體的時候，通常依賴于他們獨有的觸覺。因此，開發(fā)性能更佳、反應更靈活的機器人或假肢對于創(chuàng)造人類觸覺的人工傳感系統(tǒng)具有重要價值。
人類使用不同類型的皮膚受體通過壓力和振動信號的組合，來檢測觸覺刺激。人工觸覺感知系統(tǒng)的進步與機器人和假肢的發(fā)展密切相關，并且科學家已經創(chuàng)造了人工受體、神經和皮膚。然而，構建具有類人能力的系統(tǒng)仍然具有挑戰(zhàn)性。
近日，韓國成均館大學和漢陽大學的研究人員創(chuàng)建了一種人工觸覺傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)模仿人類通過觸覺識別周圍物體的方式。
6 月 3 日，相關研究以《一種人工神經觸覺感知系統(tǒng)》（"An artificial neural tactile sensing system"）為題發(fā)表在 Nature Electronics，它使用傳感器來捕獲與物體的觸覺特性相關的數據。
圖丨相關論文（來源：Nature Electronics）
該團隊在論文中報告，" 我們開發(fā)了一種人工神經觸覺皮膚系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用基于粒子的聚合物復合傳感器和信號轉換系統(tǒng)來模擬人類觸覺識別過程。
傳感器有選擇地響應壓力和振動，類似于人類皮膚中的慢速自適應和快速自適應機械感受器，并且可以產生類似感覺神經元的輸出信號模式。"
研究人員表示，" 在體外測試中發(fā)現(xiàn)，輸出信號通過傳入觸覺小鼠神經纖維的無失真?zhèn)鬏斒强赡艿?，而在體內測試中，信號可以刺激大鼠運動神經以誘導后肢肌肉收縮。"
生物感覺系統(tǒng)通過 " 體感轉導過程 " 將觸覺刺激轉化為動作電位，隨后，再通過傳入神經將這些信號傳輸到大腦。
圖丨模仿生物系統(tǒng)的人工觸覺系統(tǒng)（來源：Nature Electronics）
研究人員表示，" 我們使用人類的觸覺傳感系統(tǒng)開發(fā)了一種人造手指，它可以通過將傳感器信號與深度學習技術相結合，來學習對精細和復雜的紋理進行分類，該方法還可用于基于訓練模型預測未知紋理。"
為了模擬人類的觸覺系統(tǒng)，該團隊使人工神經觸覺皮膚通過傳感器對壓力及振動做出相關的反應，在人類皮膚中復制了慢適應和快適應機械感受器的功能。他們收集的數據類似于人類感覺神經元收集信息的方式，因此，它們最終會產生類似人類的觸覺神經信號。
圖丨具有顆粒聚合物復合材料的仿生 T 型皮膚傳感器（來源：Nature Electronics）
論文指出，該系統(tǒng)由 T 型皮膚薄膜組成，其中導電壓阻和壓電顆粒排列在彈性聚合物基質中。這些薄膜超薄 ( <120 μ m ) 、重量輕 ( 15 mg cm-2 ）且具有粘性，因此非常類似于真實的人類皮膚。
為了評估他們的人造皮膚系統(tǒng)，并證明它可以整合到真實的生物系統(tǒng)中，研究人員在一系列小鼠實驗中對其進行了評估。
研究人員表示，" 這些實驗包括傳入神經的體外傳遞測試和通過刺激傳出神經進行的體內肌肉反應測試，這兩個實驗的結果證實了將系統(tǒng)集成到真實生物系統(tǒng)中的可能性。"
圖丨信號轉換系統(tǒng)將傳感器信號轉換為感覺神經元模擬信號（來源：Nature Electronics）
除了通過將人造皮膚與真實生物系統(tǒng)集成來測試他們的人造皮膚外，研究人員還評估了其分析和識別表面紋理的能力。
為此，他們在 T 型皮膚設備上層壓了模仿人類指尖結構的人造脊。" 我們發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以感知復雜的紋理圖案，并且將其與可以對表面結構進行分類的深度學習技術相結合，實現(xiàn)了驚人的 99.1% 的紋理分類準確率。" 研究人員表示。
未來，這組研究人員開發(fā)的人工觸覺傳感系統(tǒng)可以與現(xiàn)有或新開發(fā)的機器人系統(tǒng)集成，以復制人類的觸覺。這可以顯著提高他們在涉及觸摸、抓取和操縱物體的任務中的表現(xiàn)。
