Сингапурские учёные создали искусственную кожу, способную осязать. Эта разработка, надеются они, позволит людям с протезами вернуть способность исследовать предметы, чувствовать их текстуру, ощущать температуру и боль.
Благодаря датчикам (их здесь 100 шт. на см2) и нейроморфному процессору, изобретение, получившее название ACES, или Асинхронно программируемая электронная кожа, обладает сверхвысокой чувствительностью и быстродействием.
Разработчики говорят, что «электронная кожа» может обнаруживать прикосновения более чем в 1’000 раз быстрее, чем нервная система человека, и определять форму, текстуру и твердость объектов в течение 10 миллисекунд. Уже сейчас искусственная кожа различает 30 видов текстур и читает буквы Брайля с точностью более 90%.
Кожа спроектирована таким образом, чтобы быть модульной и устойчивой к повреждениям, гарантируя работоспособность до тех пор, пока остается хотя бы один датчик. Кроме того, она может быть сопряжена с другими сенсорными слоями кожи.
Как говорит руководитель исследовательской группы из Национального университета Сингапура Бенджамин Ти, концепция разработки была вдохновлена сценой из кинотрилогии «Звездные войны», в которой Люк Скайуокер теряет правую руку, и она заменяется роботизированной, способной снова испытывать сенсорные ощущения.
«Когда вы теряете чувство осязания, вы, по существу, становитесь онемевшими… и пользователи протезов сталкиваются с этой проблемой, – говорит Ти. – Поэтому, получив искусственную версию кожи для своих протезов, они смогут пожать руку, почувствовать её теплоту и мягкость, почувствовать силу рукопожатия».
Данные, поступающие с датчиков, обрабатываются нейроморфным чипом, который с помощью встроенных импульсных нейронных сетей (SNN) имитирует работу нервной системы живых организмов. Особенность чипа в том, что он в 1’000 раз быстрее и в 10’000 раз более эффективно, чем традиционные процессоры, обрабатывает информацию с датчиков, потребляя при этом в десятки и сотни раз меньше энергии.
ACES имеет простую систему соединений и замечательную отзывчивость при увеличении числа датчиков. Эти ключевые характеристики облегчают масштабирование электронного покрытия.
«Масштабируемость является критическим моментом, поскольку для покрытия относительно больших площадей поверхности роботов или протезов требуются большие куски электронных оболочек, – поясняет профессор Ти. – Кусочки кожи могут быть легко соединены с любым типом сенсорных слоев, например, с теми, которые предназначены для определения температуры и влажности, что можно использовать для широкого спектра целей».
Кроме того, объединение электронной кожи с прозрачным, самовосстанавливающимся и водостойким покрытием, разработанным в этой же лаборатории, создает электронную кожу, которая может самовосстанавливаться, как и человеческая. Это позволяет создавать более реалистичные протезы конечностей, возвращающие осязание инвалидам.
Технология все еще находится на экспериментальной стадии, но к ней был проявлен «огромный интерес», особенно со стороны медицинского сообщества, говорит профессор.
