Wynaleźli unerwioną skórę. Sztuczny człowiek coraz bliżej
Roboty uczą się czuć ból. Neuromorficzna skóra otwiera nowy rozdział w historii maszyn.
Przez dekady inżynierowie robotyki marzyli o jednym: stworzyć maszynę, która odbiera świat nie tylko jako zestaw liczb, lecz jako coś, co czuje. Nie w sensie emocjonalnym, lecz biologicznym - tak jak człowiek, który natychmiast wyczuwa nacisk, temperaturę czy zagrożenie.
Dziś to marzenie zaczyna przybierać realne kształty. W prestiżowym Proceedings of the National Academy of Sciences pojawiła się publikacja, która może okazać się przełomem na miarę pierwszych robotycznych dłoni czy kamer imitujących ludzkie oko. Chińscy naukowcy zaprezentowali neuromorficzną sztuczną skórę NRE, która nie tylko wykrywa dotyk i nacisk, ale potrafi również generować sygnały analogiczne do… bólu.
Czytaj też:
To architektura inspirowana miliardami lat ewolucji układu nerwowego - przełożona na język elektroniki, polimerów i inteligentnego przetwarzania sygnałów.
Neuromorphic - czyli gdy biologia spotyka elektronikę
Neuromorphic - to słowo pojawia się coraz częściej, ale rzadko wyjaśnia się je w sposób, który nie brzmi jak wykład z neurofizjologii. Otóż ludzki mózg nie działa jak komputer. Nie wysyła ciągłych strumieni danych, nie monitoruje świata w sposób nieprzerwany. Neurony komunikują się impulsami - krótkimi wyładowaniami elektrycznymi, które pojawiają się tylko wtedy, gdy coś się zmienia. To genialne w swojej prostocie: oszczędza energię, redukuje ilość danych, pozwala reagować błyskawicznie.
Naukowcy postanowili przenieść tę zasadę do robotyki. Zamiast czujników, które bez przerwy raportują temperaturę, nacisk czy wibracje, NRE-skin generuje impulsy tylko wtedy, gdy bodziec się zmienia.
Efekt? Drastycznie niższe zużycie energii i sensoryka, która zachowuje się bardziej jak ludzka skóra niż jak elektroniczna mata pomiarowa.
NRE-skin - sztuczna skóra, która działa jak żywy organ
Jak działa ta nowa skóra? To system wielowarstwowy, w którym każdy poziom pełni rolę analogiczną do elementów biologicznego układu nerwowego. Warstwa pierwsza to czujniki, które mówią językiem impulsów. W elastycznym polimerze rozmieszczono sieć czujników. Każdy z nich, gdy wykryje nacisk, temperaturę lub inny bodziec generuje serię impulsów elektrycznych. Nie sygnał ciągły - impulsy, dokładnie jak neurony.
Co więcej, każdy impuls niesie kilka warstw informacji:
- Częstotliwość - mówi o sile nacisku,
- kształt - identyfikuje typ bodźca,
- długość - dodaje kontekst sensoryczny,
- amplituda - wzmacnia lub osłabia sygnał.
To cztery wymiary danych w jednym skoku napięcia.
A to dopiero początek. Każdy czujnik wysyła też okresowe pingi kontrolne - krótkie sygnały potwierdzające, że działa poprawnie. Jeśli taki sygnał nie nadejdzie to system natychmiast wie, że dany moduł uległ uszkodzeniu. Samodiagnostyka jest tu wbudowana w samą naturę komunikacji.
Warstwa druga to lokalne przetwarzanie - robot reaguje, zanim pomyśli. Impulsy trafiają do lokalnych procesorów, które działają jak miniaturowe rdzenie nerwowe. Ich zadanie jest proste: przetworzyć sygnał lokalnie, bez czekania na decyzję centralnego komputera robota. To kluczowe. W biologii odruchy działają szybciej niż świadome decyzje - ręka odskakuje od gorącej płyty, zanim mózg zdąży przeanalizować sytuację.
NRE-skin robi to samo.
Gdy lokalny bufor sygnałów wykryje, że nacisk przekroczył bezpieczny próg to aktywuje sygnał bólu. Robot natychmiast cofa kończynę. Nie czeka na polecenie. Nie analizuje. Reaguje.
W eksperymentach robot wyposażony w NRE-skin wycofywał ramię z niebezpiecznego nacisku szybciej, niż jego kontroler byłby w stanie przetworzyć dane. To czysta, biologiczna elegancja.
Warstwa trzecia to komunikacja z mózgiem i ekspresja. Dopiero po lokalnej reakcji sygnały trafiają do głównego kontrolera. Tam są analizowane, łączone z innymi danymi i wykorzystywane do bardziej złożonych decyzji. W jednym z eksperymentów naukowcy połączyli skórę z robotem wyposażonym w ekranową twarz. Gdy robot odczuwał nacisk to nie tylko cofał ramię - jego mimika zmieniała się na wyraz bólu.
Skóra jak ciuch do wymiany
Jednym z najbardziej praktycznych elementów NRE-skin jest jej modułowość. Skóra składa się z segmentów łączonych magnetycznie - bez śrub, bez kabli, bez lutowania. Każdy segment automatycznie nawiązuje połączenie elektryczne, ma własny identyfikator, zgłasza swoją pozycję w systemie i może być wymieniony w kilka sekund.
W praktyce oznacza to, że robot nie musi trafiać do serwisu z powodu jednego uszkodzonego czujnika. Operator odczepia moduł, podłącza nowy, system aktualizuje mapę skóry - i robot wraca do pracy.
Żadna rewolucja nie jest prosta
Oczywiście zanim NRE-skin trafi do masowej produkcji to trzeba pokonać kilka bardzo realnych przeszkód. Tradycyjna elektronika powstaje na sztywnych płytkach PCB. To technologia dopracowana do perfekcji. Tymczasem NRE-skin wymaga drukowania czujników na elastycznych polimerach, które muszą być czułe, odporne na rozciąganie i powtarzalne w produkcji.
Naukowcy eksperymentują z drukiem atramentowym, wykorzystując tusze z nanomateriałami. To obiecujące, ale wciąż dalekie od przemysłowej skali.
Wyzwaniem jest też trwałość. Czujniki w klasycznych robotach są ukryte głęboko w obudowie. Sztuczna skóra jest na powierzchni - narażona na zarysowania, wilgoć, chemikalia, temperaturę. Laboratoria pracują nad materiałami samonaprawiającymi się, które potrafią zasklepić drobne uszkodzenia. To działa w małej skali. W dużej - wciąż jest wyzwaniem.
Na dodatek neuromorficzne czujniki są droższe niż klasyczne sensory. Wymagają testów, precyzyjnej produkcji i indywidualnej kalibracji. Z czasem ceny spadną - tak zawsze dzieje się z przełomowymi technologiami - ale dziś to wciąż rozwiązanie eksperymentalne.
Jest tego więcej
Ustaw Spider’s Web jako preferowane medium w Google
