حس لامسه در پوست الکترونیکی

اعتبار: © Andrey Popov / Adobe Stock
 

روبات ها و دستگاه های پروتز ممکن است به زودی، با پوست الکترونیکی ناهمزمان کددار شده (ACES) که یک سیستم عصبی مصنوعی ایجاد شده توسط یک تیم از محققان در دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) است، احساس لمسی معادل یا بهتر از پوست انسان داشته باشند.
 
سیستم پوست الکترونیکی جدید پاسخگویی فوق العاده بالا و استحکام در مقابل آسیب به دست آورد، و می تواند با انواع لایه های پوستی حسگر، به منظور کارکرد مؤثر به عنوان پوست الکترونیکی، جفت و جور شود.
 
این نوآوری، که توسط استادیار بنجامین تی و تیم او از گروه علوم و مهندسی مواد در هیأت علمی مهندسی NUS به دست آمد، نخست در مجله علمی معتبر «روباتیک علم» گزارش شد.
 

استادیار تی، که متجاوز از یک دهه در حال کار بر روی فن آوری های الکترونیکی پوست بوده است و امیدوار است که حس بهتری از لمس را به روبات ها و دستگاه های پروتز بدهد، توضیح داد: "انسان ها از حس لامسه برای انجام تقریباً هر کار روزانه ای استفاده می کنند مثل گرفتن یک فنجان قهوه و یا دست دادن. بدون آن، ما حتی زمانی که قدم می زنیم، احساس تعادلمان را از دست می دهیم. به طور مشابه، روبات ها نیاز دارند حس لامسه ای داشته باشند تا تعامل بهتری با انسان ها داشته باشند، اما امروز روبات ها همچنان نمی توانند اشیا را به خوبی احساس کنند."
 
با الهام گرفتن از سیستم عصبی حسگری انسان، تیم NUS یک و نیم سال وقت گذاشت روی توسعه یک سیستم حسگر که به طور بالقوه می توانست بهتر عمل کند. در حالی که سیستم عصبی الکترونیکی ACES، سیگنال هایی مانند سیستم عصبی حسگری انسان را تشخیص می دهد، برخلاف بسته های عصبی پوست انسان، این سیستم از یک شبکه از حسگرهای متصل از طریق یک رسانای الکتریکی منفرد ساخته شده است. این سیستم همچنین نامشابه است با پوست های الکترونیکی موجود که دارای سیستم های سیم کشی به هم متصل هستند که می توانند آنها را حساس نسبت به آسیب ها و مشکل برای بزرگ مقیاس شدن سازند.
 
در حالی که روی الهام توضیح می داد، استادیار تی، که همچنین دارای منصب هایی در مؤسسه مهندسی برق و کامپیوتر NUS، موسسه NUS برای نوآوری و فناوری سلامت (iHealthTech)، مؤسسه N.1 برای سلامتی و برنامه سیستم های الکترونیکی انعطاف پذیر هیبریدی یکی شده (HiFES) است، گفت: "سیستم عصبی حسگری انسان بی نهایت کارآمد است و در تمام طول زمان کار می کند تا آنجا که ما اغلب راجع به وجود آن هیچ نگرانی نداریم. این سیستم همچنین در مقابل آسیب، بسیار قوی است. سیستم پوست الکترونیکی جدید پاسخگویی فوق العاده بالا و استحکام در مقابل آسیب به دست آورد، و می تواند با انواع لایه های پوستی حسگر، به منظور کارکرد مؤثر به عنوان پوست الکترونیکی، جفت و جور شود. برای مثال، حس لامسه ما، هنگامی که از یک زخم رنج می بریم تحت تأثیر قرار نمی گیرد. اگر ما بتوانیم طریقه ای که سیستم بیولوژیکی ما کار می کند را تقلید کنیم و حتی آن را بهتر سازیم، می توانیم سبب وقوع  پیشرفت هایی شگرف در زمینه روباتیک، در جایی که پوست های الکترونیکی به صورت غالب مورد استفاده قرار می گیرند، بشویم. "
 
ACES لمس ها را می تواند بیش از 1000 بار سریعتر از سیستم عصبی حسی انسان تشخیص دهد. به عنوان مثال، مستعد فرق گذاشتن تماس های فیزیکی بین حسگرهای مختلف در کمتر از 60 نانو ثانیه است – که این بیشترین سرعتی است که تاکنون برای یک تکنولوژی پوست الکترونیکی به دست آمده است، حتی با تعداد زیادی از حسگرها. پوستِ توانا شده با ACES همچنین می تواند با دقت، شکل، بافت و سختی اشیا را در 10 میلی ثانیه، که ده برابر سریعتر از چشمک زدن یک چشم است، شناسایی کند. این با قابلیت اطمینان بالا و سرعت گیرش سیستم ACES مقدور می شود.
 
پلت فرم ACES همچنین می تواند طراحی شود برای رسیدن به قدرت بالا در برابر آسیب فیزیکی، که یک خاصیت مهم برای پوست های الکترونیکی است، زیرا آنها در تماس فیزیکی مکرر با محیط قرار می گیرند. برخلاف سیستم جاری مورد استفاده برای اتصال بین حسگرها در پوست های الکترونیکی موجود، تمام حسگرها در ACES می توانند به یک رسانای الکتریکی مشترک متصل شوند و هر حسگر به صورت مستقل کار کند. این اجازه می دهد که پوست های الکترونیکیِ توانا شده با ACES تا زمانی که اتصالی بین حسگر و رسانا برقرار است به کار کردن ادامه دهند، که این آنها را در مقابل خسارت، کمتر آسیب پذیر می سازد.
 

سیستم سیم کشی ساده‌ی ACES و پاسخگویی قابل توجه حتی با افزایش تعداد حسگرها، ویژگی هایی کلیدی است که بزرگ مقیاس کردن پوست های الکترونیکی هوشمند را برای برنامه های کاربردی هوش مصنوعی (AI) در روبات ها، دستگاه های پروتز و دیگر رابط های ماشینی انسان تسهیل خواهد کرد.
 
استادیار تی توضیح داد: "مقیاس پذیری یک مسئله خیلی مهم است زیرا به قطعات بزرگی از پوست های دارای کارایی بالا برای پوشش مناطق نسبتا بزرگی از سطح روبات ها و دستگاه های پروتز نیاز است." او اضافه کرد "ACES می تواند به آسانی با انواع لایه های پوستی حسگر، مثلاً آنهایی که برای حس کردن دما و رطوبت طراحی شده اند، جفت و جور شود تا یک پوست الکترونیکی دارای عملکرد بالای توانا شده با ACES با یک حس استثنایی لمس ایجاد کند که بتواند برای طیف گسترده ای از اهداف مورد استفاده قرار گیرد."
 
به عنوان مثال، جفت و جور کردن ACES با لایه‌ی پوستی حسگر شفاف، خود شفا و مقاوم در برابر آب، که همچنین اخیرا توسط تیم استادیار تی توسعه یافته است، پوستی الکترونیکی را ایجاد می کند که می تواند، مشابه با پوست انسان، خود را مرمت کند. از این نوع پوست الکترونیکی می توان برای توسعه اندام های مصنوعی واقع گرایانه‌تر استفاده کرد که به افراد معلول کمک خواهند کرد که حس لمس خود را بازگردانند.
 

مترجم: علی رضایی میرقائد