“我們認為有皮膚是理所當然的，但實際上它是一個複雜的傳感、信号和決策系統。”斯坦福大學化學工程教授兼主要作者（senior author）之一Zhenan Bao（鮑哲楠）說，“這種人工感覺神經系統是向各種各樣的應用創造類似皮膚感覺神經網絡邁出的一步。”
這項研究報告于5月31日發表在《科學》雜志上，它成為假肢制造人造皮膚的一個步驟，它可以讓截肢者恢複知覺，也許有一天會帶給機器人某種反射能力。
建構人工感覺神經回路，有朝一日會成為人造皮膚的一部分
鮑哲楠在研究中試圖模仿皮膚如何伸展、自我修複，最引人注目的是，它就像一個智能的感覺網絡一樣，不僅知道如何将愉快的感覺傳遞給大腦，而且還可以指令肌肉做出反射性的反應，做出迅速的決定。
這篇新的科學論文描述了研究人員如何建構一種人工感覺神經回路，這種神經回路可以嵌入到未來神經假肢裝置和軟機器人的皮膚上。這個基本的人工神經電路內建了前面描述的三個元件（傳感、信号、決策）。
第一個是觸覺傳感器，可以檢測到微小的力量。這個傳感器通過第二個元件——一個靈活的電子神經元——發送信号。觸覺傳感器和電子神經元是鮑哲楠實驗室先前被報道的發明的改進版。
人工傳入神經系統與生物神經系統的比較
(A)受壓力刺激的生物傳入神經。施加在機械感受器上的壓力會改變每個機械感受器的感受器電位（receptor potentials）。感受器電位合并并啟動在血脈的動作電位。神經纖維與脊髓内的神經元之間形成突觸。多個神經纖維的動作電位通過突觸結合在一起，有助于資訊處理。
(B)由壓力傳感器、有機環形振蕩器和突觸半導體組成的人工傳入神經。為了簡單起見，這裡隻顯示了一個連接配接到突觸半導體的環形振蕩器。然而，多個帶壓力傳感器的環形振蕩器可以連接配接到一個突觸半導體。(A)和(B)中顔色相同的部分互相對應。
(C)人工傳入神經系統的照片。
來自這些元件的感覺信号刺激第三個元件，一個模拟人類突觸的人工突觸半導體。這個突觸半導體是國立首爾大學的李泰宇(Tae-Woo Lee)發明的，他在鮑哲楠的斯坦福實驗室(Stanford lab)度過了他休假年，并開始了這項合作工作。
“生物突觸可以傳遞信号，也可以儲存資訊來做出簡單的決定，”Lee是論文的第二主要作者（second senior author），他說，“突觸半導體在人工神經回路中執行這些功能。”
Lee用膝關節反射作為一個例子，來解釋更進階的人工神經回路如何有朝一日會成為人造皮膚的一部分，進而為假肢裝置或機器人提供感官和反射。
對人類而言，當突然敲擊導緻膝蓋肌肉伸展時，這些肌肉中的某些傳感器會通過神經元發出脈沖。神經元依次向相關的突觸發送一系列信号。突觸網絡識别突然伸展的模式，同時發出兩個信号，一個導緻膝部肌肉反射性收縮，另一個不那麼緊迫的信号在大腦中記錄這種感覺。
人工神經可以探測到各種觸覺，并讓蟑螂的腿抽搐
新工作在達到這種複雜性之前還有很長的路要走。但在科學論文中，研究小組描述了電子神經元如何向突觸半導體發送信号，這種信号是通過基于低功率信号的強度和頻率識别并響應傳感輸入而設計的，就像生物突觸一樣。
小組成員測試了系統産生反射和觸覺的能力。
在一項測試中，他們将人工神經連接配接到蟑螂的腿上，并對他們的觸覺傳感器施加微小的壓力增量。電子神經元将傳感器信号轉換為數字信号，并通過突觸半導體将其傳遞出去，當觸覺傳感器上的壓力增加或減少時，蟑螂的腿就随着壓力或多或少地劇烈地抽搐。（視訊中有示範）
他們還展示了人工神經可以探測到各種觸覺。在另一個實驗中，人工神經能夠區分盲文字母。此外，他們在傳感器上以不同的方向滾動一個圓柱體，并精确地檢測到運動方向。
研究人員表示，人工神經技術仍處于起步階段。例如，為假肢裝置制造人造皮膚将需要新的裝置來檢測熱量和其他感覺，也需要嵌入柔性電路的能力，并找到與大腦相連的方法。
研究團隊還希望開發一種低功耗的人工傳感器網絡來覆寫到機器人身上，其想法是通過提供一些從人類皮膚上獲得的回報來使它們更加靈活。
原文釋出時間為：2018-06-4
本文來自雲栖社群合作夥伴新智元，了解相關資訊可以關注“AI_era”。
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機器人也有觸感了！斯坦福大學開發人工感覺神經系統讓蟑螂抽搐