인간과 같은 촉각을 가질 수 있는 새로운 전자 피부

• 비동기적으로 코딩된 전자 피부는 초고정밀도와 반응성으로 압력, 온도 및 습도를 감지할 수 있습니다.
• 인간의 감각 신경계보다 1,000배 빠른 촉각을 감지할 수 있습니다.
• 인공 지능과 통합하여 고성능 기계-뇌 인터페이스를 구현할 수 있습니다.

수년 동안 과학자들은 기계에 촉각을 부여하기 위해 노력해 왔습니다. 그들은 인간과 같은 지능형 안드로이드와 인공 피부에 전자 피부를 장착하여 피부가 자연스럽고 인간과 협력하여 환경의 다양한 구조를 조작할 수 있도록 합니다.

이 전자 피부는 빠른 체성 감각 지각을 제공하는 다양한 센서로 구성됩니다. 그러나 센서의 촉각 데이터를 직렬로 전송하므로 판독 대기 시간 병목 현상이 더 많이 발생합니다.

이제 싱가포르 대학교(University of Singapore)의 연구원들은 초고 반응성과 견고성을 갖춘 비동기식 코딩 전자 피부(ACES)를 개발했습니다. 신경계에서 영감을 받은 ACES는 압력, 온도 및 습도를 감지할 수 있습니다. 거의 모든 유형의 센서 스킨 레이어와 페어링하여 전자 스킨으로 효과적으로 작동할 수 있습니다.

작동 방식

인체에는 뇌, 피부, 근육을 연결하는 거의 72km의 신경이 있습니다. 이 연구에서 연구원들은 로봇용 전자 피부를 개발하기 위해 인간의 신경계를 영감으로 사용했습니다.

피부(ACES)는 249개의 센서로 덮인 실리콘 층으로 구성됩니다. 많은 수의 센서(최대 10,000)에서도 놀랍도록 낮은 판독 대기 시간을 유지하면서 동시에 열 촉각 데이터를 전송할 수 있습니다.

참조:ScienceMag | DOI:10.1126/scirobotics.aax2198 | 싱가포르 대학교

그들은 최대 240개의 인공 기계 수용체의 프로토타입 어레이를 시연했습니다. 모두 60나노초 미만의 시간적 정밀도를 유지하면서 1밀리초의 지연 시간으로 데이터를 비동기식으로 전송할 수 있었습니다.

이러한 짧은 지연 시간과 초고정밀도로 인해 전자 피부는 빠른 촉각 인식에 필수적인 미세한 시공간 기능을 해결할 수 있습니다.

이미지 제공:Mario Tama/Getty

이것은 연구원들이 처음으로 여러 센서가 하나의 수신기에 피드백할 수 있게 하고 개별 전극 대신 전체 시스템으로 작동할 수 있는 전자 피부를 구축할 수 있었기 때문에 중요한 돌파구입니다. 센서가 병렬로 연결되어 있기 때문에 개별 수용체가 손상되더라도 전체 시스템은 여전히 ​​정상적으로 작동할 수 있습니다.

ACES의 잠재적인 단점 중 하나는 송신기 또는 수신기가 감지 이벤트의 손실이 발생했는지 여부를 알 수 없다는 것입니다. 그러나 이 아키텍처는 실시간 모션이 중요한 전자 피부 애플리케이션에 매우 중요한 요소인 자극 이벤트의 간단한 송신기 구현과 인상적인 타이밍 정밀도를 가능하게 합니다.

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연구팀은 현재 의수에 대한 촉각 회복을 돕기 위해 신경 과학자 및 엔지니어와 협력하고 있습니다. 그들은 전자 피부가 자율 의인화 로봇을 위한 기계-인간-환경 상호 작용을 발전시킬 수 있고 인공 지능과 통합되어 고성능 기계-뇌 인터페이스를 가능하게 할 수 있다고 믿습니다.