Robot Hand «ressent» la douleur et ignore le toucher inoffensif avec un nouveau système sensoriel

Au milieu du co-développement de l'intelligence artificielle et des progrès robotiques, le développement de technologies qui permettent aux robots de percevoir et de répondre efficacement à leur environnement comme les humains est devenu une tâche cruciale. Dans ce contexte, les chercheurs coréens attirent l'attention pour la mise en œuvre d'un système nerveux sensoriel artificiel qui imite le système nerveux sensoriel des organismes vivants sans avoir besoin de logiciels ou de circuits complexes séparés. Cette technologie révolutionnaire devrait être appliquée dans des domaines tels que dans les robots ultra-petits et les prothèses robotiques, où des réponses intelligentes et économes en énergie aux stimuli externes sont essentielles.

Kaist a annoncé le 15 juillet qu'une équipe de recherche conjointe dirigée par le professeur de chaise doté Shinhyun Choi de la School of Electrical Engineering de Kaist et le professeur Jongwon Lee du Département de convergence semi-conducteurs de la Chungnam National University a développé un système nerveux artificiel neuromorphique à semi-conducteur de nouvelle génération. Ce système imite les fonctions du système nerveux sensoriel d'un organisme vivant et permet un nouveau type de système robotique qui peut répondre efficacement aux stimuli externes.

L'étude est publiée dans la revue Communications de la nature.

Dans la nature, les animaux – y compris les humains – des stimuli sûrs ou familiers et réagissent de manière sensible à des stimuli sûrs ou de manière sensible à des stimulations importantes ou dangereuses. Cette réponse sélective aide à prévenir la consommation d'énergie inutile tout en maintenant une conscience rapide des signaux critiques. Par exemple, le bruit d'un climatiseur ou la sensation de vêtements contre la peau se familiariser et sont ignorés.

Cependant, si quelqu'un appelle votre nom ou un objet pointu touche votre peau, une concentration et une réponse rapide se produisent. Ces comportements sont régulés par les fonctions « d'habituation » et de « sensibilisation » dans le système nerveux sensoriel. Des tentatives ont été constamment faites pour appliquer ces fonctions de système nerveux sensoriel des organismes vivants afin de créer des robots qui répondent efficacement à des environnements externes comme les humains.

Cependant, la mise en œuvre de caractéristiques neuronales complexes telles que l'habituation et la sensibilisation chez les robots a été confrontée à des difficultés de miniaturisation et d'efficacité énergétique en raison de la nécessité de logiciels distincts ou de circuits complexes. En particulier, il y a eu des tentatives d'utiliser des memristors, un semi-conducteur neuromorphique.

Un memristor est un dispositif électrique de nouvelle génération qui a été largement utilisé comme synapse artificiel en raison de sa capacité à stocker la valeur analogique sous forme de résistance à l'appareil. Cependant, les memristors existants avaient des limites à imiter les caractéristiques complexes du système nerveux, car ils ne permettaient que de simples changements monotoniques dans la conductivité.

Pour surmonter ces limites, l'équipe de recherche a développé un nouveau Memristor capable de reproduire des modèles de réponse neuronale complexes tels que l'habituation et la sensibilisation dans un seul dispositif. En introduisant une couche supplémentaire à l'intérieur du memristor qui modifie la conductivité dans des directions opposées, le dispositif peut imiter plus réaliste les comportements synaptiques dynamiques d'un système nerveux réel – par exemple, diminuer sa réponse à des stimuli sûrs répétés mais retrouver rapidement une sensibilité lorsqu'un signal de danger est détecté.

En utilisant ce nouveau Memristor, l'équipe de recherche a construit un système nerveux sensoriel artificiel capable de reconnaître le toucher et la douleur, et l'a appliqué à une main robotique pour tester ses performances. Lorsque des stimuli tactiles sûrs ont été appliqués à plusieurs reprises, la main du robot, qui a initialement réagi avec sensibilité aux stimuli tactiles inconnus, a progressivement montré des caractéristiques d'habituation en ignorant les stimuli.

Plus tard, lorsque des stimuli ont été appliqués avec un choc électrique, il l'a reconnu comme un signal de danger et a montré des caractéristiques de sensibilisation en réagissant à nouveau avec sensibilité. Grâce à cela, il a été prouvé expérimentalement que les robots peuvent réagir efficacement à des stimuli comme les humains sans logiciels ou processeurs complexes séparés, vérifiant la possibilité de développer des robots neuro-inspirés économes en énergie.

Vo-On Park, chercheur chez Kaist, a déclaré: « En imitant le système nerveux sensoriel humain avec des semi-conducteurs de nouvelle génération, nous avons ouvert la possibilité de mettre en œuvre un nouveau concept de robots qui sont plus intelligents et plus économes en matière d'énergie pour répondre aux environnements externes.

« Cette technologie devrait être utilisée dans divers domaines de fusion des semi-conducteurs et de la robotique de nouvelle génération, tels que des robots ultra-petits, des robots militaires et des robots médicaux comme les prothèses robotiques. »