人造皮肤有了“感觉”,人造神经系统了解一下

智能相对论颜璇2018-06-21 11:50科技控
设想一下,有一天你的家庭机器人不小心被重物砸了一下脚,然后跟真人一样可怜巴巴地对着你撒娇喊痛,你可能还会耐心地安慰它……放心,不是闹鬼了,而是你的机器人有“感觉”了。

近日,顶尖学术期刊《科学》上刊登了一项来自鲍哲南教授团队的突破性研究。在这项研究中,科学家们开发出了一款全新的人造神经系统,并成功用它实现了对触觉的模拟,这项研究为假肢制造、人造皮肤迈出了第一步,或许有一天会给机器人某种反射能力。

在未来,机器人不仅会有人的外形,其皮肤也不再是钢铁和橡胶,而是如同真正的人的皮肤一样,有触觉、温觉、痛觉等。面对如此“有血有肉”的机器人,你还能只把其作为一个机器来看待吗?而除了将这项研究应用在机器人身上,我们还能利用人造神经系统做些什么呢?

搭载了神经的人造皮肤,能为我们做些什么

1.青春永驻的秘密

在电影《重返20岁》的设定里,杨子姗饰演的“奶奶”一旦出血,皮肤上就会出现皱纹,而在电影最后,因为给孙子献血,妙龄女郎还是重回了老年人的状态。

要说电影里防止皮肤衰老还真是比现实生活中容易得多,只要坚持不流血就行了。但是在现实生活里,护肤、打针、激光、拉皮,女人们为了减缓皮肤衰老,减少皮肤皱纹可谓是无所不用其极。然而,皱纹会有的,黄斑会有的,该老还是要老的。

那么,如何才能永远让自己的皮肤光滑又细腻呢?答曰:人造皮肤。

从令人悚然的“人皮面具”到用化合物做的面膜面具,人们在人造皮肤上一直下了不少的功夫。比如,麻省理工曾利用具有良好弹性、透气性、附着性和抗拉强度的聚硅氧烷合成了一种透明聚合物薄膜,用来保护皮肤并减少皮肤水分的流失。

对于人造皮肤未来的研发方向,EPISKIN体外重建皮肤中心还将致力于探索研发更加复杂精细的重建皮肤及皮肤附属器模型,例如含有毛囊、汗腺等更接近于真实皮肤状况的皮肤模型。

以上种种研究,可以说是将“人造皮肤”打造得非常纤薄自然了。然而,皮肤不仅仅是为了覆盖我们的肌肉而存在,它也是一种非常有用的传感材料。在很多人看来,手感觉到温度是理所当然的,却不会有人去思考从皮肤到大脑的信号传递过程。

其实,在日常生活中,我们不仅可以依靠视觉来确认我们已经成功地抓住了物体,还可以通过皮肤的感知来确认。这种“感知”也是所有人希望“人造皮肤”能够必备的一种能力,从而使它们在许多不同的部位或者器官中变得更加有用、更加真实。

斯坦福大学鲍哲南教授领导的团队一直想要打造有触觉的人造皮肤,而这种“人造皮肤”本质上其实是一种独特的电子元件,它利用敏感的电子材料制成,可以被拉伸,能够感受到微小的压力带来的电流变化。

如果人造皮肤能够成功地搭载人造神经系统,对于爱美的人们来说未尝不是一种福音。毕竟,人造皮肤不仅永远年轻鲜嫩,还带有自动感知系统,覆盖成功后,简直一劳永逸。

2.触觉语言的启蒙

《聆听寂静》是一部根据真实故事改编的电影,女主人公因为小时候注射庆大霉素过量而丧失了听力,从此进入了一个无声的世界。习惯了无声的主人公为了能让别人明白她的意思,渐渐学会了用画画和别人沟通,也因此体会到了爱和快乐。

在这部电影里,我们或许可以思考,除了绘画,我们还需要找到一种方法,让聋哑人能够与正常人进行交流。而这个方法,可以基于这个人造神经系统,开发触摸的通信功能。

正常人的耳蜗能把声音转化为频率发送到大脑由其解码,但聋哑人或有相关身体障碍的人做不到。通过人造皮肤,我们可以用皮肤上的人造神经系统来代替耳朵,将信息传输给大脑。

Facebook曾展示过与此相似的概念,在其公开的视频中,两名Facebook员工已可以通过触摸来交谈。A员工的胳膊上佩戴着电子设备,而B员工使用计算机程序,将压力信号传送至A的手臂,供其读取信息。

如此,开发出全新的“触觉词汇”,不仅有利于实现正常人与聋哑人之间的交流,还有利于打破语言障碍。只要通过人造皮肤的电传感信号,所有人都能直接交流。

斯坦福大学(对,又是它)还有一项实验,在这个实验中,人工神经能够区分盲文字母,这也为我们上述的功能提供了技术基础。而除此之外,他们在传感器上以不同的方向滚动一个圆柱体,人工神经能够精确地检测到运动方向。而这个技术突破,或许能为智能诊脉带来一些便利。

人造神经的bug,你能接受吗

经典电影《阿甘正传》塑造了一个自强不息的主人公形象,主人公阿甘一生都在奔跑,他曾经奔跑着横穿了整个美国。在电影里,阿甘的奔跑依靠的是他坚强的意志。但是在现实生活里,即便你的意志不够坚强,也能实现这样的长途奔跑,而你依靠的,是被人工制造的“感觉”。

在上文提到的人造神经系统的研究中,研究小组测试了系统产生反射和触觉的能力。他们将人工神经连接到蟑螂的腿上,并对他们的触觉传感器施加微小的压力增量。电子神经元将传感器信号转换为数字信号,并通过突触晶体管将其传递出去,当触觉传感器上的压力增加或减少时,蟑螂的腿就随着压力或多或少地剧烈地抽搐。

也就是说,人工神经系统可以让载体产生反射性运动。拿惊跳反射(Startle reflex)亦称莫罗氏反射(moro reflex)来举例,这是动物被突发性的强感觉刺激诱发的一种防御性反射,表现为面部及躯体肌肉的快速收缩,之后往往还伴随着当下行为的中止以及心率的增加。

参照这个反射,如果肌肉内植入这个系统,就有可能使得肌肉变得更加敏感,想一想,如果有人给你在体外的触觉传感器不断地施加了压力,你可能会控制不住自己的某块肌肉,而如果这块肌肉位于你的脸上,你的表情大概不会很好看……

当然了,应该不会有人这么恶趣味想要“欣赏”你抽搐的表情,但人们能够远程控制载体(也就是皮肤或者假肢)的触觉,这感觉恐怕不太美妙。

面对这样的问题,将体外的触觉传感器移植到体内,连接人造神经系统与大脑恐怕是最好的办法,但这个办法还面临着很大的技术难度。而一旦这个技术实现了突破,相信柔性电路将有无穷的潜力。

结论:

数年后,也许你的生活将是这样的:你脸上的皮肤自然细腻,能够感受春风的吹拂;你手臂上的人造皮肤能与聋哑人进行交流;手腕上的人造皮肤能随时监测心率、血糖,实现智能把脉;你的整个身体可能成为一个“网络中心”,体内的信息跟外界产生连接……

想一想,你愿意接受这样的生活吗?

*本文为新芽NewSeed特邀作者颜璇授权发布,转载请联系原出处。如内容、图片有任何版权问题,请联系新芽NewSeed处理。

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