如果一只棱角分明的機械手,擁有了人類一樣的感覺會是怎樣的情形？在拿起一杯開水的時候,這只機械手能感覺到燙,被門夾到的時候能感覺到疼,這樣的情形曾出現在很多電影場景中,但近來,這個幻想正越來越接近現實。

人類一直都在為實現將人體感官“復制”到機器人身上的夢想而不停努力。但迄今為止,機器人仍然缺乏一些極其關鍵的能力,其中就包括人類精密而完善的觸覺。

人工傳入神經系統與生物神經系統的比較

近日,頂尖學術期刊《科學》刊登了一項來自美國斯坦福大學鮑哲南教授團隊的突破性研究。在這項研究中,科學家們開發出了一款全新的人造神經系統,并成功用它實現了對觸覺的模擬,這項研究向假肢制造、人造皮膚邁出了第一步,或許有一天會給機器人某種反射能力。

鮑哲南教授領導的團隊一直想要打造有觸覺的人造皮膚,而這種“人造皮膚”本質上其實是一種獨特的電子元件,它利用敏感的電子材料制成,可以被拉伸,能夠感受到微小的壓力帶來的電流變化。

2015年,《科學》曾經刊出過鮑哲南團隊的一項人造皮膚成果。當時,該團隊制造的人造皮膚已經可以響應壓力變化,并向神經細胞發送信號,接近人皮膚觸覺的真實機制。此次的人造感覺系統更進了一步,已經能夠感受方向、傳遞信息和識別盲文。可以更好地幫助人造皮膚實現更接近生物體的觸覺能力。

賦予機器人更強的能力

這一人造神經更加適合于舒適性人體假肢感覺的重現,以及可穿戴電子產品的應用。未來,科學家可以集成更多人造神經系統,接收各種不同的感覺信息。

利用人造神經,科學家可以制造出擁有人類感覺的人造皮膚。這種皮膚像紙一樣薄,具有雙層結構,外層是感知壓力的傳感器,由塑料和碳納米管制成；內層是柔性電子電路,可以把壓力信號轉變成電子信號,傳遞給大腦,刺激神經元,甚至可以感知蝴蝶落在表面的“觸覺”并作出反應。

目前這款人造感覺神經還處在初步階段,尚不能像真正的皮膚那樣感知更加復雜的機械信息以及溫度等,這些將是科學家未來的研究方向。從功耗的角度上來說,這種人造感覺神經也仍然有非常大的提升空間。比如,其中人造突觸晶體管的部分,團隊一直在致力于將其能耗進一步降低。目前,納米線結構的人造突觸晶體管能耗已經被降至與生物突觸類似的程度。