Los investigadores de la Universidad Nacional de Stanford y Seúl han desarrollado un sistema nervioso sensorial artificial que puede activar el reflejo de contracción en una cucaracha e identificar letras en el alfabeto Braille.
El trabajo, informó el 31 de mayo en ciencia , es un paso hacia la creación de piel artificial para extremidades protésicas, para restaurar la sensación a los amputados y, tal vez, algún día dar a los robots algún tipo de capacidad refleja.
"Damos la piel por sentado, pero es un sistema complejo de detección, señalización y toma de decisiones", dijo Zhenan Bao, profesor de ingeniería química y uno de los autores principales. "Este sistema nervioso sensorial artificial es un paso hacia la creación de piel-como redes neuronales sensoriales para todo tipo de aplicaciones "
bloques de construcción
Este hito es parte de la búsqueda de Bao para imitar cómo la piel puede estirarse, repararse a sí misma y, lo más notable, actuar como una red sensorial inteligente que sabe no solo cómo transmitir sensaciones agradables al cerebro, sino también cuándo ordenar los músculosreaccionar reflexivamente para tomar decisiones rápidas.
El nuevo artículo de Science describe cómo los investigadores construyeron un circuito nervioso sensorial artificial que podría integrarse en una futura cubierta similar a la piel para dispositivos neuroprotésicos y robótica blanda. Este circuito nervioso rudimentario artificial integra tres componentes descritos anteriormente.
El primero es un sensor táctil que puede detectar incluso fuerzas minúsculas. Este sensor envía señales a través del segundo componente: una neurona electrónica flexible. El sensor táctil y la neurona electrónica son versiones mejoradas de invenciones previamente reportadas por el laboratorio de Bao.
Las señales sensoriales de estos componentes estimulan el tercer componente, un transistor sináptico artificial modelado a partir de sinapsis humanas. El transistor sináptico es una creación de Tae-Woo Lee de la Universidad Nacional de Seúl, que pasó su año sabático en el laboratorio de Bao en Stanford para iniciar la colaboración.trabajo.
"Las sinapsis biológicas pueden transmitir señales y también almacenar información para tomar decisiones simples", dijo Lee, quien fue el segundo autor principal del artículo. "El transistor sináptico realiza estas funciones en el circuito nervioso artificial".
Lee usó un reflejo de rodilla como un ejemplo de cómo los circuitos nerviosos artificiales más avanzados podrían algún día ser parte de una piel artificial que le daría a los dispositivos protésicos o robots ambos sentidos y reflejos.
En humanos, cuando un golpe repentino hace que los músculos de la rodilla se estiren, ciertos sensores en esos músculos envían un impulso a través de una neurona. La neurona a su vez envía una serie de señales a las sinapsis relevantes. La red sináptica reconoce el patrón deestiramiento repentino y emite dos señales simultáneamente, una que hace que los músculos de la rodilla se contraigan de forma reflexiva y una segunda señal menos urgente para registrar la sensación en el cerebro.
Hacer que funcione
El nuevo trabajo tiene un largo camino por recorrer antes de alcanzar ese nivel de complejidad. Pero en el artículo de Science, el grupo describe cómo la neurona electrónica entregó señales al transistor sináptico, que fue diseñado de tal manera que aprendió areconocer y reaccionar a las entradas sensoriales en función de la intensidad y la frecuencia de las señales de baja potencia, como una sinapsis biológica.
Los miembros del grupo probaron la capacidad del sistema para generar reflejos y tacto táctil.
En una prueba conectaron su nervio artificial a una pata de cucaracha y aplicaron pequeños incrementos de presión a su sensor táctil. La neurona electrónica convirtió la señal del sensor en señales digitales y las transmitió a través del transistor sináptico, haciendo que la pata se contrajera más.o menos vigorosamente a medida que aumenta o disminuye la presión sobre el sensor táctil.
También mostraron que el nervio artificial podía detectar varias sensaciones táctiles. En un experimento, el nervio artificial fue capaz de diferenciar las letras Braille. En otro, hicieron rodar un cilindro sobre el sensor en diferentes direcciones y detectaron con precisión la dirección del movimiento.
Los estudiantes de posgrado de Bao, Yeongin Kim y Alex Chortos, además de Wentao Xu, investigador del laboratorio de Lee, también fueron fundamentales para integrar los componentes en el sistema nervioso sensorial artificial funcional.
Los investigadores dicen que la tecnología de nervios artificiales permanece en su infancia. Por ejemplo, la creación de recubrimientos de piel artificial para dispositivos protésicos requerirá nuevos dispositivos para detectar calor y otras sensaciones, la capacidad de integrarlos en circuitos flexibles y luego una forma de interconectar todosesto al cerebro
El grupo también espera crear redes de sensores artificiales de baja potencia para cubrir los robots, la idea es hacerlos más ágiles al proporcionar algunos de los mismos comentarios que los humanos obtienen de su piel.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Tom Abate. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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