Penyelidik telah membangunkan sistem saraf deria tiruan yang boleh memproses maklumat yang serupa dengan tubuh manusia dan ia dapat memberikan deria sentuhan secara berkesan kepada anggota prostetik.
Kulit kita, organ terbesar badan, juga yang paling penting kerana ia meliputi seluruh badan kita, mengawal suhu badan kita dan melindungi kita daripada faktor luaran yang berbahaya seperti matahari, suhu tidak normal, kuman dan lain-lain. Kulit kita boleh menganjalkan dan boleh membaiki dirinya sendiri. Kulit juga penting kerana ia memberikan kita rasa sentuhan yang membolehkan kita membuat keputusan. Kulit ialah sistem penderiaan dan isyarat yang kompleks untuk kita.
Dalam satu kajian yang diterbitkan dalam Sains/Ilmu, penyelidik yang diketuai oleh Prof Zhenan Bao di Universiti Stanford dan Universiti Kebangsaan Seoul telah membangunkan sebuah tiruan sistem saraf deria yang boleh menjadi satu langkah besar ke arah mencipta "kulit buatan" untuk prostetik anggota badan yang boleh memulihkan sensasi dan bertindak seperti penutup kulit biasa. Aspek yang mencabar dalam kajian ini ialah cara meniru kulit kita dengan berkesan yang mempunyai beberapa sifat unik. Ciri yang paling sukar untuk ditiru ialah cara kulit kita bertindak seperti pintar deria rangkaian yang mula-mula menghantar sensasi ke otak dan juga memerintahkan otot kita untuk bertindak balas melalui refleks untuk membuat keputusan segera. Contohnya, ketukan menyebabkan otot siku meregang, dan penderia dalam otot ini menghantar impuls ke otak melalui neuron. Neuron kemudiannya menghantar satu siri isyarat kepada sinaps yang berkaitan. Rangkaian sinaptik dalam badan kita mengenali corak regangan secara tiba-tiba dalam otot dan menghantar dua isyarat serentak. Satu isyarat menyebabkan otot siku mengecut sebagai refleks dan isyarat kedua pergi ke otak untuk memaklumkan tentang sensasi ini. Seluruh urutan peristiwa ini berlaku dalam hampir pecahan saat. Meniru sistem saraf deria biologi yang rumit ini termasuk semua elemen berfungsi dalam rangkaian neuron masih kekal mencabar.
Sistem saraf deria yang unik yang "meniru" yang sebenar
Penyelidik telah mencipta sistem deria tidak pernah yang unik yang boleh meniru bagaimana sistem saraf manusia berfungsi. "Litar saraf tiruan" yang direka oleh penyelidik menyepadukan tiga komponen ke dalam lembaran yang rata dan fleksibel berukuran beberapa sentimeter. Komponen ini telah diterangkan secara individu sebelum ini. Komponen pertama ialah sentuhan sensor yang boleh mengesan daya dan tekanan (walaupun yang mini). Sensor ini (diperbuat daripada organik polimer, tiub nano karbon dan elektrod emas) menghantar isyarat melalui komponen kedua, neuron elektronik yang fleksibel. Kedua-dua komponen ini dipertingkatkan dan dipertingkatkan versi yang dibangunkan oleh penyelidik yang sama sebelum ini. Isyarat deria yang dijana dan melalui kedua-dua komponen ini dihantar ke komponen ketiga, transistor sinaptik buatan yang dimodelkan sama seperti sinaps manusia di dalam otak. Ketiga-tiga komponen ini perlu berfungsi secara kohesif dan menunjukkan fungsi akhir adalah aspek yang paling mencabar. Isyarat geganti sinaps biologi sebenar dan menyimpan maklumat yang diperlukan untuk membuat keputusan. Transistor sinaptik ini "melaksanakan" fungsi ini dengan menghantar isyarat elektronik kepada transistor sinaptik dengan menggunakan litar saraf tiruan. Oleh itu, sistem tiruan ini belajar untuk mengenali dan bertindak balas terhadap input deria berdasarkan keamatan dan kekerapan isyarat kuasa rendah, seperti cara sinaps biologi akan dilakukan dalam badan hidup. Kebaharuan kajian ini ialah bagaimana ketiga-tiga komponen individu yang diketahui sebelum ini berjaya diintegrasikan buat pertama kali untuk menyampaikan sistem yang kohesif.
Penyelidik menguji keupayaan sistem ini untuk menjana refleks dan juga merasakan sentuhan. Dalam satu eksperimen, mereka memasang saraf tiruan mereka pada kaki lipas dan menggunakan tekanan kecil pada sensor sentuhan mereka. Neuron elektronik menukar isyarat sensor kepada isyarat digital dan menghantarnya melalui transistor sinaptik. Ini menyebabkan kaki lipas itu berkedut berdasarkan peningkatan atau penurunan tekanan dalam sensor sentuh. Jadi, persediaan tiruan ini sudah tentu mengaktifkan refleks kedutan. Dalam eksperimen kedua, penyelidik mempamerkan keupayaan saraf tiruan dalam mengesan sensasi sentuhan yang berbeza dengan dapat membezakan huruf Braille. Dalam ujian lain mereka melancarkan silinder ke atas sensor dalam arah yang berbeza dan dapat mengesan dengan tepat arah gerakan yang tepat. Oleh itu, peranti ini mampu meningkatkan pengecaman objek dan pemprosesan maklumat sentuhan halus seperti pengecaman tekstur, bacaan braille dan membezakan tepi objek.
Masa depan sistem saraf deria buatan
Teknologi saraf tiruan ini berada pada peringkat awal dan belum mencapai tahap kerumitan yang diperlukan tetapi telah memberikan harapan yang besar untuk mencipta penutup kulit tiruan. Adalah jelas bahawa "penutup" sedemikian juga memerlukan peranti untuk mengesan haba, getaran, tekanan dan daya serta sensasi lain. Mereka perlu mempunyai keupayaan yang baik untuk dimasukkan ke dalam litar fleksibel supaya mereka boleh berhubung dengan otak dengan berkesan. Untuk meniru kulit kita, peranti perlu mempunyai lebih integrasi dan fungsi yang akan menjadikannya lebih stabil dan boleh dipercayai.
Teknologi saraf tiruan ini boleh menjadi kebaikan untuk prostetik dan memulihkan sensasi pada orang yang diamputasi. Peranti prostetik telah banyak bertambah baik sepanjang tahun dengan lebih banyak teknologi pencetakan 3D tersedia dan sistem robotik yang lebih responsif. Walaupun terdapat peningkatan ini, kebanyakan peranti prostetik yang ada pada hari ini perlu dikawal dengan cara yang sangat kasar kerana ia tidak menyediakan antara muka yang memuaskan dengan otak kerana kekurangan penyepaduan selok-belok sistem saraf manusia yang luas. Peranti tidak memberikan maklum balas dan oleh itu pesakit berasa sangat tidak berpuas hati dan membuangnya lambat laun. Teknologi saraf tiruan sedemikian apabila berjaya dimasukkan ke dalam prostetik akan menyampaikan maklumat sentuhan untuk pengguna dan akan membantu memberikan pesakit pengalaman yang lebih baik. Peranti ini merupakan satu langkah besar ke arah membuat rangkaian saraf deria seperti kulit untuk pelbagai aplikasi dengan memberikan kuasa refleks dan deria sentuhan.
***
{Anda boleh membaca kertas penyelidikan asal dengan mengklik pautan DOI yang diberikan di bawah dalam senarai sumber yang dipetik}
Sumber (s)
Yeongin K et al. 2018. Saraf aferen buatan organik fleksibel bioinspirasi. Sains/Ilmu. https://doi.org/10.1126/science.aao0098
