摘要：研究人員創造了一種人工神經系統，可以提供假肢和機器人反射以及感知觸覺的能力。該系統足夠敏感，可識別盲文字母表中的字母。斯坦福大學和首爾國立大學的研究人員開發出一種人工感覺神經系統，可以激活蟑螂的抽搐反射并識別盲文字母中的字母。據“科學”雜志5月31日報道，這項工作是為假肢創造人造皮膚，恢復截肢者的感覺，或許有朝一日為機器人提供某種反射能力的一步。

“我們認為皮膚是理所當然的，但它是一個復雜的傳感，信號和決策系統，”化學工程教授兼資深作者之一的Zhenan Bao說。“這種人工感覺神經系統是為各種應用制造類似皮膚的感覺神經網絡的一步。”

這個里程碑是寶的模仿皮膚如何伸展，修復自身的一部分，最重要的是，它像一個聰明的感官網絡，不僅知道如何向大腦傳遞愉快的感覺，而且還知道何時命令肌肉反應做出迅速的決定。

新的科學論文描述了研究人員如何構建一個人工感覺神經回路，可以嵌入未來的皮膚覆蓋物中，用于神經修復設備和軟機器人。該基本人工神經電路集成了三個先前描述的組件。

第一種是觸摸傳感器，可以檢測甚至微小的力。該傳感器通過第二個組件發送信號 - 一個靈活的電子神經元。觸摸傳感器和電子神經元是寶實驗室先前報道的改進版本的發明。

來自這些成分的感覺信號刺激第三個成分，一個人類突觸后模擬的人工突觸晶體管。突觸晶體管是首爾國立大學的Tae-Woo Lee的心血結晶，他在寶的斯坦福實驗室度過了他的休假年，開始了協同工作。

“生物突觸可以傳遞信號，并存儲信息以做出簡單的決定，”李說，他是該報的第二位高級作者。“突觸晶體管在人工神經回路中執行這些功能。”

Lee使用膝蓋反射作為一個例子，說明有一天更先進的人工神經回路可能會成為人造皮膚的一部分，從而為假肢裝置或機器人提供感官和反應。

在人類中，當突然敲擊導致膝蓋肌肉伸展時，那些肌肉中的某些傳感器會通過神經元發出沖動。神經元又將一系列信號發送到相關的突觸。突觸網絡識別突然伸展的模式并同時發出兩個信號，一個導致膝蓋肌肉反射收縮，另一個不太緊急的信號記錄大腦中的感覺。

讓它工作

新工作在達到復雜程度之前還有很長的路要走。但是在科學論文中，該小組描述了電子神經元如何將信號傳遞給突觸晶體管，該晶體管以這樣的方式設計，即它學會根據低功率信號的強度和頻率識別和響應感覺輸入，像一個生物突觸。

小組成員測試了系統產生反射和感覺觸摸的能力。

在一次測試中，他們將人工神經連接到蟑螂腿上，并向他們的觸摸傳感器施加微小的壓力增量。電子神經元將傳感器信號轉換成數字信號并通過突觸晶體管將它們轉發，隨著觸摸傳感器上的壓力增加或減少，腿部或多或少地劇烈抽搐。

他們還表明人造神經可以檢測出各種觸覺。在一個實驗中，人工神經能夠區分盲文字母。另一方面，他們在不同方向上在傳感器上滾動一個圓柱體，并準確地檢測到運動的方向。

斯坦福教授Zhenan Bao是美國和韓國研究人員在尋求人工神經系統方面的領導者。NeuroscienceNews.com圖片歸功于Kevin Craft。

Bao的研究生Yeongin Kim和Alex Chortos以及Lee自己實驗室的研究員Wentao Xu也是將這些成分整合到功能性人工感覺神經系統中的核心。

研究人員表示，人工神經技術仍處于起步階段。例如，為假肢裝置創建人造皮膚覆蓋物將需要新裝置來檢測熱量和其他感覺，將它們嵌入柔性電路中的能力以及將所有這些裝置連接到大腦的方式。

該組織還希望創造低功率的人造傳感器網來覆蓋機器人，其目的是通過提供人類從皮膚中獲得的一些相同的反饋來使它們更加靈活。