Geavanceerd elektronisch huid bereikt menselijke tastzin

• Asynchroon Gecodeerd Elektronisch Huid (ACES) kan druk, temperatuur en vochtigheid met ultra-hoge precisie en responsiviteit waarnemen.
• Het kan aanraking 1.000 keer sneller detecteren dan het menselijke zenuwstelsel.
• Het kan geïntegreerd worden met kunstmatige intelligentie om high-performance machine-herseninterfaces mogelijk te maken.

Jarenlang hebben wetenschappers geprobeerd machines voorzien van een tastzin. Ze hebben intelligente menselijke androids en prothesen uitgerust met elektronische huiden, die de huid in staat stellen om natuurlijk en samenwerkend met mensen te werken om diverse structuren in de omgeving te manipuleren.

Deze elektronische huden bestaan uit een grote array van sensoren om snelle somatosensorische perceptie te bieden. Echter, ze transmitten tastdata van sensoren serieel, wat resulteert in hogere uitleeslatentie knelpunten.

Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Singapore de Asynchroon Gecodeerde Elektronische Huid (ACES) ontwikkeld met ultra-hoge responsiviteit en robuustheid. Geïnspireerd door het zenuwstelsel, kan ACES druk, temperatuur en vochtigheid waarnemen. Het kan gekoppeld worden met bijna alle typen sensorhuidlagen om effectief te functioneren als een elektronische huid.

Hoe het werkt?

Het menselijke lichaam bevat bijna 72 kilometer zenuwen die de hersenen, huid, spieren verbinden. In deze studie gebruikten onderzoekers het menselijke zenuwstelsel als inspiratie om een elektronische huid voor robots te ontwikkelen.

De huid (ACES) bestaat uit siliciumlagen bedekt met 249 sensoren. Het kan thermo-tactiele data simultaan transmitteren terwijl het ongelooflijk lage uitleeslatenties handhaaft, zelfs met grote aantallen sensoren (tot 10.000).

Referentie: ScienceMag | DOI:10.1126/scirobotics.aax2198 | Universiteit van Singapore

Ze demonstreerden prototype-arrays van tot 240 kunstmatige mechanoreceptoren. Allen waren in staat om data asynchroon te transmitteren met 1 milliseconde latentie terwijl een temporele precisie van minder dan 60 nanoseconden werd gehandhaafd.

Zulke lage latentie en ultra-hoge precisie stellen elektronische huid in staat om fijne spatio-temporele kenmerken op te lossen die essentieel zijn voor snelle tactiele perceptie.

Afbeelding: Mario Tama/Getty

Dit is een grote doorbraak omdat voor het eerst onderzoekers in staat zijn geweest een elektronische huid te bouwen die meerdere sensoren toestaat om terug te koppelen aan één ontvanger, en te fungeren als een heel systeem in plaats van individuele elektroden. Aangezien sensoren in parallel zijn verbonden, kan het hele systeem nog steeds normaal functioneren zelfs als individuele receptoren beschadigd zijn.

Er is één potentiële nadeel van ACES – zender of ontvanger kan niet zeggen of een verlies van een waarnemingsgebeurtenis heeft plaatsgevonden. Echter, de architectuur stelt eenvoudige zenderimplementaties en indrukwekkende timingprecisie van stimuli-gebeurtenissen in, die extreem belangrijke factoren zijn voor elektronische hudaanvullingen waar real-time bewegingen kritiek zijn.

Lees: Kunstmatige Intelligentie Helpt Robot Objecten Herkennen Door Aanraking

Het onderzoeksteam werkt momenteel samen met neurowetenschappers en ingenieurs om een tastzin te herstellen aan prosthetische handen. Ze geloven dat hun elektronische huid machine-mens-omgevingsinteracties kan verbeteren voor autonomie anthropomorphe robots en geïntegreerd kan worden met kunstmatige intelligentie om high-performance machine-herseninterfaces mogelijk te maken.