Robot Hand ‘sente’ dor e ignora o toque inofensivo com um novo sistema sensorial

No meio do co-desenvolvimento da inteligência artificial e dos avanços robóticos, o desenvolvimento de tecnologias que permitem que os robôs percebam com eficiência e respondam ao ambiente como os humanos se tornaram uma tarefa crucial. Nesse contexto, os pesquisadores coreanos estão ganhando atenção para implementar recentemente um sistema nervoso sensorial artificial que imita o sistema nervoso sensorial de organismos vivos sem a necessidade de software ou circuito complexo separado. Espera-se que essa tecnologia inovadora seja aplicada em áreas como em robôs ultra-pequenos e próteses robóticas, onde respostas inteligentes e eficientes em termos de energia a estímulos externos são essenciais.

A Kaist anunciou em 15 de julho que uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo presidente dotado, professor Shinhyun Choi, da Escola de Engenharia Elétrica do Kaist e o professor Jongwon Lee, do Departamento de Convergência de Semicondutores da Universidade Nacional de Chungnam, desenvolveu uma próxima geração de sistemas neuromórficos neuromórficos baseados no sistema nervoso artificial. Esse sistema imita as funções do sistema nervoso sensorial de um organismo vivo e permite um novo tipo de sistema robótico que pode responder eficientemente a estímulos externos.

O estudo é publicado na revista Comunicações da natureza.

Na natureza, os animais – incluindo seres humanos – se interessam por estímulos seguros ou familiares e reagem seletivamente com sensibilidade a importantes ou perigosos. Essa resposta seletiva ajuda a evitar consumo desnecessário de energia, mantendo a rápida conscientização dos sinais críticos. Por exemplo, o som de um ar condicionado ou a sensação de roupas contra a pele logo se familiarizam e são desconsiderados.

No entanto, se alguém chamar seu nome ou um objeto nítido toca sua pele, ocorre um foco e uma resposta rápidos. Esses comportamentos são regulados pelas funções “habituação” e “sensibilização” no sistema nervoso sensorial. Tentativas foram constantemente feitas para aplicar essas funções sensoriais do sistema nervoso de organismos vivos, a fim de criar robôs que respondem com eficiência a ambientes externos como seres humanos.

No entanto, a implementação de características neurais complexas, como habituação e sensibilização em robôs, enfrentou dificuldades na miniaturização e eficiência energética devido à necessidade de software separado ou circuitos complexos. Em particular, houve tentativas de utilizar os Memristores, um semicondutor neuromórfico.

Um Memristor é um dispositivo elétrico de próxima geração que tem sido amplamente utilizado como uma sinapse artificial devido à sua capacidade de armazenar o valor analógico na forma de resistência ao dispositivo. No entanto, os memristores existentes tinham limitações em imitar as características complexas do sistema nervoso porque permitiram apenas alterações monotônicas simples na condutividade.

Para superar essas limitações, a equipe de pesquisa desenvolveu um novo Memristor capaz de reproduzir padrões complexos de resposta neural, como habituação e sensibilização em um único dispositivo. Ao introduzir uma camada adicional dentro do memristor que altera a condutividade em direções opostas, o dispositivo pode imitar mais realisticamente os comportamentos sinápticos dinâmicos de um sistema nervoso real – por exemplo, diminuindo sua resposta a estímulos seguros repetidos, mas rapidamente recuperando a sensibilidade quando um sinal de perigo é detectado.

Usando este novo Memristor, a equipe de pesquisa construiu um sistema nervoso sensorial artificial capaz de reconhecer toque e dor e o aplicou a uma mão robótica para testar seu desempenho. Quando os estímulos táteis seguros foram aplicados repetidamente, a mão do robô, que reagiu inicialmente com sensibilidade a estímulos táteis desconhecidos, mostrou gradualmente características de habituação ignorando os estímulos.

Posteriormente, quando os estímulos foram aplicados junto com um choque elétrico, ele reconheceu isso como um sinal de perigo e mostrou características de sensibilização reagindo de maneira sensível novamente. Com isso, ficou experimentalmente comprovado que os robôs podem responder com eficiência a estímulos como seres humanos sem software ou processadores complexos separados, verificando a possibilidade de desenvolver robôs neuro-inspirados neuro-inspirados com eficiência energética.

O Park, pesquisador da Kaist, afirmou: “Ao imitar o sistema nervoso sensorial humano com semicondutores de próxima geração, abrimos a possibilidade de implementar um novo conceito de robôs que são mais inteligentes e mais eficientes em termos de energia na resposta a ambientes externos.

“Espera-se que essa tecnologia seja utilizada em vários campos de fusão de semicondutores e robóticos de próxima geração, como robôs ultra-pequenos, robôs militares e robôs médicos como próteses robóticas”.