在人工智能與機(jī)器人技術(shù)協(xié)同發(fā)展的進(jìn)程中，開發(fā)使機(jī)器人能像人類一樣高效感知并響應(yīng)環(huán)境的技術(shù)已成為關(guān)鍵任務(wù)。據(jù)外媒報(bào)道，韓國研究人員發(fā)明新人工感覺神經(jīng)系統(tǒng)，無需單獨(dú)的復(fù)雜軟件或電路即可模擬生物感覺神經(jīng)系統(tǒng)。該突破性技術(shù)有望應(yīng)用于超微型機(jī)器人及機(jī)器人假肢等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，對外部刺激智能響應(yīng)且耗能低至關(guān)重要。

圖片來源： 期刊《Nature Communications》

據(jù)悉，這項(xiàng)研究是由韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）電氣工程學(xué)院特聘教授Shinhyun Choi與忠南大學(xué)（Chungnam National University）半導(dǎo)體融合工學(xué)部教授Jongwon Lee共同領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)完成的。該人工感覺神經(jīng)系統(tǒng)基于新一代神經(jīng)形態(tài)半導(dǎo)體研發(fā)，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)了生物體感覺神經(jīng)系統(tǒng)的工作機(jī)制，由此催生的新型機(jī)器人系統(tǒng)能夠?qū)ν饨绱碳?shí)現(xiàn)自適應(yīng)響應(yīng)。

該項(xiàng)研究已發(fā)表于頂級學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》（Nature Communications）。

自然界中，動物（包括人類）會主動忽略安全或熟悉的刺激源，而聚焦于重要或危險(xiǎn)的信號做出靈敏響應(yīng)。這種選擇性感知機(jī)制既避免了能量浪費(fèi)，又確保了對關(guān)鍵信號的快速感知。例如，空調(diào)的運(yùn)轉(zhuǎn)聲或衣物摩擦皮膚的觸感，很快就會因習(xí)以為常而被大腦自動忽略。

然而，當(dāng)有人呼喚你的名字或尖銳物體接觸皮膚時(shí)，便會立即引發(fā)注意力聚焦與生理反應(yīng)。這些行為受控于感覺神經(jīng)系統(tǒng)中的“習(xí)慣化”? 與“敏感化”功能機(jī)制。為研發(fā)出能如人類般高效響應(yīng)外部環(huán)境的機(jī)器人，學(xué)界正持續(xù)致力于將生物體的感覺神經(jīng)系統(tǒng)功能應(yīng)用于機(jī)器人。

然而，由于需依賴獨(dú)立軟件或復(fù)雜電路，在機(jī)器人中實(shí)現(xiàn)習(xí)慣化、敏感化等復(fù)雜神經(jīng)特性時(shí)，始終面臨小型化與能效優(yōu)化的難題。為此，學(xué)界一直嘗試?yán)脩涀杵鬟@類神經(jīng)形態(tài)半導(dǎo)體器件。

憶阻器作為新一代電子器件，因其能以器件電阻形式存儲模擬值，已被廣泛用作人工突觸。然而，現(xiàn)有憶阻器僅能實(shí)現(xiàn)簡單的電導(dǎo)單調(diào)變化，在模擬神經(jīng)系統(tǒng)復(fù)雜特性方面曾存在根本性局限。

為突破上述局限，該研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出新型憶阻器，可在單器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)習(xí)慣化、敏感化等復(fù)雜神經(jīng)響應(yīng)機(jī)制的仿生復(fù)現(xiàn)。通過在憶阻器內(nèi)部引入可以反向改變電導(dǎo)率的附加層，該器件能更真實(shí)地模擬真實(shí)神經(jīng)系統(tǒng)的動態(tài)突觸行為——例如對重復(fù)安全刺激響應(yīng)減弱，而在檢測到危險(xiǎn)信號時(shí)迅速恢復(fù)敏感性。

利用該新型憶阻器，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出具備觸覺與痛感識別能力的人工感覺神經(jīng)系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于機(jī)器人手掌進(jìn)行性能驗(yàn)證。當(dāng)安全觸覺刺激被重復(fù)施加時(shí)，對陌生觸覺刺激原本反應(yīng)靈敏的機(jī)器人手掌，逐漸表現(xiàn)出?習(xí)慣化特性，表現(xiàn)為主動忽略刺激。

圖片來源：韓國科學(xué)技術(shù)院（KAIST）

隨后，當(dāng)施加伴隨電擊的復(fù)合刺激時(shí)，系統(tǒng)識別該復(fù)合刺激為危險(xiǎn)信號，并通過重新激活敏化響應(yīng)再次表現(xiàn)出高敏感性。實(shí)驗(yàn)由此證實(shí)：機(jī)器人無需額外復(fù)雜軟件或處理器，即可實(shí)現(xiàn)類人的高效刺激響應(yīng)機(jī)制，為開發(fā)高能效神經(jīng)啟發(fā)式機(jī)器人提供了可行性驗(yàn)證。

韓國科學(xué)技術(shù)院研究員See-On Park指出：“通過基于?新一代半導(dǎo)體模擬人類的感覺神經(jīng)系統(tǒng)，我們開創(chuàng)了實(shí)現(xiàn)?全新機(jī)器人范式的可能性，這類機(jī)器人在應(yīng)對外部環(huán)境時(shí)會更加智能且功耗更低。該技術(shù)有望應(yīng)用于?新一代半導(dǎo)體與機(jī)器人學(xué)的多領(lǐng)域融合場景?，包括：微型機(jī)器人、特種作業(yè)軍用機(jī)器人，以及機(jī)器人假肢等醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)?！?p>