Электронная кожа, закодированная асинхронно, способна регистрировать давление, температуру и влажность с исключительной точностью и скоростью реакции. Ее чувствительность в тысячи раз превышает возможности человеческой нервной системы – она может улавливать прикосновения мгновенно. Интеграция с искусственным интеллектом позволит создавать высокоэффективные интерфейсы «машина-мозг».
Много лет ученые стремятся дать машинам осязание. Интеллектуальные андроиды и протезы получили электронные датчики, позволяющие им действовать естественно и взаимодействовать с людьми при манипуляции предметами из окружающего мира.
Эта электронная кожа имеет много датчиков, обеспечивающих быстрое соматосенсорное восприятие. Но данные от датчиков передаются последовательно, из-за чего возникают узкие места задержки считывания.
Ученые из Университета Сингапура создали асинхронно кодированный электронный скин (ACES) с высокой чувствительностью и надежностью. Вдохновленный нервной системой, ACES способен воспринимать давление, температуру и влажность. Его можно использовать вместе с различными типами сенсорных слоев кожи для эффективной работы в качестве электронной оболочки.
Как это устроено?
В человеческом организме насчитывается почти 72 километра нервов, связывающих мозг с кожей и мышцами. Исследователи взяли человеческую нервную систему в качестве модели для создания электронных оболочек для роботов.
Кожа из кремниевых слоёв с покрытием из 249 датчиков передает одновременно термо-тактильные данные. Её считывание отличается удивительной низкой задержкой даже при большом количестве датчиков (до 10 000).
Были продемонстрированы массивы прототипов до 240 искусственных механорецепторов. Все могли передавать данные асинхронно с задержкой в 1 миллисекунду, сохраняя при этом временную точность менее 60 наносекунд.
Благодаря маленькому времени задержки и исключительной точности электронная кожа способна улавливать мельчайшие пространственно-временные нюансы, важные для мгновенного тактильного восприятия.
Это большой прорыв: впервые исследователи создали электронный скин, позволяющий нескольким датчикам передавать обратную связь на один приемник и действовать как единая система вместо отдельных электродов. Благодаря параллельному подключению датчиков вся система может нормально функционировать, даже если отдельные рецепторы повреждены.
У ACES есть потенциальный недостаток: передатчик или приемник не могут определить факт потери события зондирования. Тем не менее, архитектура обеспечивает простоту реализации передатчика и высокую точность синхронизации событий-стимулов, что критически важно для приложений электронной оболочки, где реальное время имеет решающее значение.
Исследователи сотрудничают с нейробиологами и инженерами, чтобы помочь восстановить чувство прикосновения к протезам рук. Группа считает, что электронная оболочка могла бы улучшить взаимодействие машины с человеком для автономных антропоморфных роботов и быть интегрирована с искусственным интеллектом для создания высокопроизводительных интерфейсов машинного мозга.