I ricercatori dell’Università di Seul e Stanford hanno sviluppato un sistema nervoso sensoriale artificiale in grado di attivare il riflesso della contrazione in uno scarafaggio e identificare le lettere nell’alfabeto braille.

Il lavoro è un passo verso la creazione di una pelle artificiale per protesi, per ridare sensazioni alle persone prive di arti e, forse, un giorno dare ai robot qualche tipo di capacità sensoriale.

“Diamo per scontato la pelle, ma è un complesso sistema di rilevamento, segnalazione e decisione”, ha affermato Zhenan Bao, professore di ingegneria chimica e uno degli autori senior. “Questo sistema nervoso sensoriale artificiale è un passo avanti verso la creazione di reti sensoriali simili alla pelle.”

Scarafaggio con il sistema nervoso artificiale
Ph: science magazine

Il progetto…

Fatto di componenti organici flessibili, il nervo è costituito da tre parti:

Il primo è un sensore tattile in grado di rilevare pressione e forze minuscole. Questo sensore invia segnali attraverso il secondo componente: un neurone elettronico flessibile. I segnali sensoriali di questi componenti stimolano il terzo: un transistor sinaptico artificiale modellato sulle sinapsi umane.

“Le sinapsi biologiche possono trasmettere segnali e anche memorizzare le informazioni per prendere decisioni semplici”, ha detto Tae-Woo Lee della Seoul National University, un secondo autore senior. “Il transistor sinaptico svolge queste funzioni nel circuito del nervo artificiale.”

…e il suo funzionamento

Il neurone elettronico invia segnali al transistor sinaptico, che è stato progettato in modo tale da imparare a riconoscere e a reagire agli input sensoriali basati sull’intensità e sulla frequenza dei segnali a bassa potenza.

I membri del gruppo hanno testato la capacità del sistema di generare riflessi collegando il loro nervo artificiale a una gamba di scarafaggio e applicando piccoli incrementi di pressione al loro sensore tattile. Il neurone elettronico convertiva il segnale del sensore in segnali digitali e li trasmetteva attraverso il transistor sinaptico, causando una contrazione della gamba quando la pressione sul sensore tattile aumentava o diminuiva.

Hanno anche dimostrato che il nervo artificiale poteva rilevare varie sensazioni tattili. In un esperimento il nervo artificiale è stato in grado di differenziare le lettere braille. In un altro, hanno fatto rotolare un cilindro sul sensore in diverse direzioni che ha rilevato con precisione la direzione del movimento.

Lettura braille utilizzando un nervo sensoriale artificiale (J) Un nervo sensoriale artificiale, oscillatori ad anello e transistor sinaptici sono stati collegati ai sensori di pressione ed elaborano le informazioni di pressione (K). Controllo del movimento usando la connessione tra un nervo sensoriale artificiale e nervi motori biologici (A) Un insetto e un nervo artificiale sensoriale utilizzato in questo esperimento. (B) Un nervo sensoriale artificiale è stato collegato ai nervi motori biologici per controllare i movimenti di una gamba (C). Ph: sciencedaily.com

Uno sguardo verso il futuro

I ricercatori dicono che la tecnologia dei nervi artificiali è ancora agli inizi, ma l’elettronica organica come questa è poco costosa da realizzare, perciò l’approccio dovrebbe consentire agli scienziati di integrare un gran numero di nervi artificiali che potrebbero raccogliere diversi tipi di informazioni sensoriali. Un tale sistema potrebbe fornire molte più informazioni sensoriali ai futuri portatori di protesi, aiutandoli a controllare meglio le loro nuove appendici.

Il gruppo spera inoltre di creare reti di sensori artificiali a bassa potenza per coprire i robot, con l’idea di renderli più agili fornendo lo stesso feedback che gli umani ricavano dalla loro pelle.