ربات‌ها با پوست نورومورفیک، درد را حس می‌کنند!

وقتی انسان به طور ناخواسته دست خود را روی جسمی داغ می‌گذارد، واکنش طبیعی بدن کشیدن سریع دست است؛ پیش از آن‌که مغز فرصت پردازش داشته باشد. این واکنش رفلکسی به لطف اعصاب حسی و نخاع رخ می‌دهد و از آسیب جدی جلوگیری می‌کند.

اما ربات‌های انسان‌نما چنین قابلیتی ندارند. آن‌ها معمولاً باید داده‌های حسگر را به واحد پردازش مرکزی (CPU) ارسال کنند، منتظر پردازش بمانند و سپس فرمان حرکت به موتورها صادر شود. همین تأخیر کوتاه می‌تواند خطر آسیب جدی به ربات یا محیط اطرافش را افزایش دهد.

با توجه به اینکه ربات‌ها به‌تدریج از محیط‌های صنعتی و آزمایشگاهی وارد خانه‌ها، بیمارستان‌ها و محل‌های کار می‌شوند، نیاز به واکنش‌های سریع و غریزی بیش از پیش احساس می‌شود. برای تحقق این هدف، گروهی از دانشمندان چینی فناوری تازه‌ای معرفی کرده‌اند: پوست الکترونیکی نورومورفیک (NRE-skin) که به ربات‌ها حس لامسه و حتی توانایی احساس درد می‌دهد.

تفاوت با پوست‌های رباتیک معمولی

پوسته‌های رباتیک فعلی چیزی جز پدهای فشار ساده نیستند؛ آن‌ها تنها لمس را تشخیص می‌دهند اما نمی‌توانند شدت یا ماهیت آن را درک کنند. در مقابل، پوست نورومورفیک با الهام از سیستم عصبی انسان طراحی شده است.

این پوست از چهار لایه تشکیل شده:

• لایه محافظ که مانند اپیدرم انسان عمل می‌کند.
• حسگرها و مدارها که نقش اعصاب را ایفا می‌کنند.
• سیگنال‌های پایه سلامت که هر چند ثانیه یک‌بار به پردازنده ارسال می‌شوند تا وضعیت طبیعی پوست را اعلام کنند.
• مکانیسم درد که در صورت فشار بیش از حد، سیگنال ولتاژ بالا را مستقیماً به موتورها می‌فرستد و واکنش فوری ایجاد می‌کند.

عملکرد رفلکسی و حس درد

هنگامی که پوست لمس می‌شود، سیگنال‌هایی موسوم به «اسپایک» به CPU ارسال می‌شوند تا فشار معمولی پردازش شود. اما اگر فشار از آستانه تعیین‌شده فراتر رود، پوست بدون دخالت پردازنده، مستقیماً فرمان واکنش سریع را به موتورها می‌دهد. این همان چیزی است که در بدن انسان به‌عنوان واکنش رفلکسی شناخته می‌شود.

قابلیت ترمیم سریع

یکی از ویژگی‌های جالب این پوست، امکان ترمیم سریع است. طراحی آن به صورت ماژول‌های مغناطیسی شبیه لگو انجام شده است؛ بنابراین اگر بخشی آسیب ببیند، مالک می‌تواند آن را جدا کرده و در عرض چند ثانیه بخش جدیدی جایگزین کند.

نتایج و آینده پژوهش

در مقاله‌ای که در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد، تیم تحقیقاتی نوشت: «پوست نورومورفیک ما با معماری سلسله‌مراتبی و الهام‌گرفته از سیستم عصبی، امکان سنجش لمسی دقیق، تشخیص فعال درد و آسیب با رفلکس‌های محلی و ترمیم سریع مدولار را فراهم می‌کند.»

آزمایش‌ها نشان دادند که این رویکرد در زمینه‌هایی مانند سرعت یادگیری، ایمنی کلی و راحتی سرنشینان عملکرد بهتری نسبت به روش‌های سنتی دارد. با این حال، پژوهشگران تأکید کردند که آزمایش‌ها در سناریوهای ساده و با گروه محدودی از شرکت‌کنندگان انجام شده است. بنابراین برای تعمیم نتایج به شرایط واقعی رانندگی یا تعاملات پیچیده‌تر، تحقیقات بیشتری لازم است.

گام بعدی تیم، افزایش حساسیت پوست برای تشخیص همزمان چندین تماس و ادغام داده‌های حسگرهای دیگر خودرو یا ربات است تا ارزیابی ریسک دقیق‌تر و تعامل طبیعی‌تر با انسان‌ها فراهم شود.