Robotlar için acı ve hasarı algılayabilen yapay deri geliştirildi

Sistem, biyolojik sinir ağlarının çalışma mantığını birebir kopyalamaktan ziyade bu mekanizmalardan esinlenerek tasarlandı ve özellikle enerji verimliliği yüksek yapay zeka donanımlarıyla uyumlu çalışacak şekilde kurgulandı.

Basınç ve konum tespiti aynı sistemde

Geliştirilen yapay deri, bir robot elini kaplayacak şekilde tasarlanan esnek bir polimer tabaka üzerine inşa edildi. Bu tabakanın içine yerleştirilen basınç sensörleri, iletken polimerler aracılığıyla sisteme bağlandı. Araştırmacılar, algılamayı şimdilik yalnızca basınçla sınırlandırsa da, insan derisindeki sinir sistemine benzer biçimde uyaranın şiddetini, konumunu ve potansiyel hasarı aynı anda değerlendirebilen çok katmanlı bir yapı oluşturdu.

Sensörlerden gelen analog basınç verileri, sistemin bir sonraki katmanında insanlardaki gibi kısa elektrik darbelerinden oluşan “spike” sinyallerine dönüştürülüyor. Bu sinyaller bilgiyi darbenin şekli, genliği, süresi ve frekansı olmak üzere dört farklı şekilde taşıyabiliyor. Biyolojik sistemlerde olduğu gibi bu yapay deride de basıncın şiddeti spike frekansı ile kodlanıyor. Diğer özellikler ise adeta bir barkod gibi kullanılarak sinyalin hangi sensörden geldiğini tanımlıyor.

Sistem yalnızca basıncı algılamakla kalmıyor, aynı zamanda sensörlerin çalışır durumda olup olmadığını da denetliyor. Her sensör, düzenli aralıklarla “buradayım” anlamına gelen bir sinyal gönderiyor. Bu sinyalin kesilmesi, ilgili sensörde bir arıza ya da hasar olduğuna işaret ediyor.

Robotlar refleks tepkiler verebilecek

Spike sinyallerinin işlendiği ikinci katman, gelen verileri biriktirerek önceden tanımlanmış bir acı eşiği ile karşılaştırıyor. Bu eşik aşıldığında, sistem otomatik olarak bir “acı sinyali” üretiyor. Böylece üst seviye kontrol birimleri devreye girmeden refleks benzeri tepkiler tetiklenebiliyor. Araştırmacılar, bu yapay deriyle kaplanmış bir robot kolun, zarar verici düzeyde basınca maruz kaldığında otomatik olarak geri çekilmesini sağlamayı başardı. Deneylerde, robot kolun maruz kaldığı basınca bağlı olarak robotik bir yüzün mimik değiştirdiği de gösterildi.

Araştırma ekibi, sistemin pratik kullanımını kolaylaştırmak için modüler deri tasarımını benimsedi. Elektronik deri, mıknatıslı kilitlerle birbirine tutunan segmentlerden oluşuyor. Bu segmentler, hem gerekli elektrik bağlantılarını otomatik olarak kuruyor hem de her biri kendine özgü bir kimlik kodu yayımlıyor. Böylece hasar tespit edildiğinde, arızalı parça kolayca çıkarılıp yenisiyle değiştirilebiliyor.

Ayrıca Bkz.Dünyanın en küçük otonom robotları geliştirildi: Tuz tanesinden küçük

Araştırmacılar bu sistemi “nöromorfik robotik e-deri” (NRE-skin) olarak adlandırıyor. Ancak burada kullanılan nöromorfik yaklaşım, sinir sisteminin birebir bir modeli olmaktan çok, onun çalışma mantığından esinlenen daha basit bir tanıma dayanıyor. Örneğin, biyolojik sinir sistemi vücut üzerinde doğrudan bir konum haritası kullanırken, NRE-skin konum bilgisini spike sinyallerinin özelliklerine kodluyor. Bu yönüyle sistem, biyolojiden ilham alsa da biyolojik süreçlerin doğrudan bir kopyası değil.

Mevcut haliyle NRE-skin yalnızca basınç algılayabiliyor. Oysa gerçek insan derisi sıcaklık, soğuk, kimyasal tahriş ve daha birçok farklı uyaranı eş zamanlı işleyebiliyor. Bu tür algıların eklenmesi teorik olarak mümkün olsa da sinyallerin birbirine karışmaması için paralel işlem katmanları gerekecek.