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模仿人體神經(jīng)元工作原理，新型電子皮膚加快反應(yīng)速度并模擬疼痛反應(yīng)。

作者：Claire

出品：財(cái)經(jīng)涂鴉
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由格拉斯哥大學(xué)Ravinder Dahiya教授領(lǐng)導(dǎo)的可彎曲電子和傳感技術(shù)小組開發(fā)了一種新型電子皮膚，該電子皮膚具有一種基于“突觸晶體管”(synaptic transistors)的新型處理系統(tǒng)，模仿大腦的神經(jīng)通路以進(jìn)行學(xué)習(xí)。使用智能皮膚的機(jī)器人的手掌表現(xiàn)出極好的對外部刺激做出反應(yīng)的能力。

研究團(tuán)隊(duì)將最新研究結(jié)果發(fā)表在6月份的Science Robotics雜志，題為“基于印刷突觸晶體管的電子皮膚讓機(jī)器人感受和學(xué)習(xí)”（Printed Synaptic Transistors based Electronic Skin for Robots to Feel and Learn）。該論文介紹了研究人員如何構(gòu)建他們的電子皮膚(e-skin)，以及它如何改進(jìn)目前觸敏機(jī)器人技術(shù)。

研究團(tuán)隊(duì)表示，與以往的電子皮膚相比，不同之處在于，他們在系統(tǒng)中使用了一個(gè)內(nèi)置電路，充當(dāng)“人造突觸”，可減少數(shù)據(jù)輸入，從而使電壓達(dá)到峰值。這加快了處理速度，并允許團(tuán)隊(duì)通過設(shè)置輸入電壓閾值來“教”皮膚如何對模擬疼痛做出反應(yīng)，該閾值的頻率根據(jù)施加在皮膚上的壓力水平而變化。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是在電子皮膚表面分布一系列壓力傳感器，以使其能夠檢測到它何時(shí)與物體接觸。然后將傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。傳感器通常會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要一定時(shí)間才能得到正確處理和響應(yīng)，因此產(chǎn)生延遲，降低了皮膚在現(xiàn)實(shí)使用中的有效性。

新型電子皮膚從人類周圍神經(jīng)系統(tǒng)處理皮膚信號中汲取靈感，以消除延遲和功耗：一旦人體皮膚接收到輸入信息，在發(fā)送到大腦之前，周圍神經(jīng)系統(tǒng)會在接觸點(diǎn)開始處理并將其簡化為重要信息。

為了構(gòu)建一種能夠進(jìn)行高效計(jì)算、類似突觸反應(yīng)的電子皮膚，研究人員將168個(gè)氧化鋅納米線突觸晶體管網(wǎng)格直接打印到柔性塑料表面。然后，他們將突觸晶體管，與人形機(jī)器人手掌上的皮膚傳感器連接。

當(dāng)傳感器被觸摸時(shí)，它會記錄其電阻的變化：輕微的觸摸引發(fā)微小的變化，而較重的觸摸產(chǎn)生的效果也大。該輸入旨在模仿感覺神經(jīng)元在人體中的工作方式。

在早期的電子皮膚中，輸入數(shù)據(jù)將被發(fā)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。在新型皮膚中，內(nèi)置電路充當(dāng)人工突觸，將輸入降低為簡單的電壓尖峰，其頻率根據(jù)施加在皮膚上的壓力水平，施加反應(yīng)。該團(tuán)隊(duì)使用該電壓尖峰的不同輸出，“教”皮膚對模擬疼痛做出適當(dāng)反應(yīng)。例如，機(jī)器手掌觸碰到尖銳物品會做出后退的反應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這種電子皮膚可以用作下一代觸敏機(jī)器人，例如，它可以防止機(jī)器人手臂觸摸高溫表面。

團(tuán)隊(duì)成員Fengyuan Liu表示，“在未來，這會成為更先進(jìn)的電子皮膚的基礎(chǔ)性研究，使機(jī)器人能夠以新的方式探索世界，并與世界互動，或者制作能夠達(dá)到接近人類觸覺靈敏度水平的假肢?！?/p>