Les robots seront capables de toucher avec ce nerf artificiel

nerf-artificiel-prothèse-ia-robots-technologie-newstrotteur

Quand la jambe du cafard de laboratoire se crispa, Yeongin Kim sut qu’il avait enfin réussi.

Étudiante diplômée à Stanford, Kim travaillait avec une équipe internationale de neuro-ingénieurs sur un projet fou: un nerf artificiel qui agit comme le vrai. À l’instar des neurones sensoriels intégrés dans notre peau, l’appareil, qui ressemble à un pansement Band-Aid, détecte le toucher, traite l’information et l’envoie à d’autres nerfs.

Ouais, même si ce nerf en aval est à l’intérieur d’une jambe de cafard.

Bien sûr, l’objectif final du projet n’est pas de jouer avec des cafards pour s’amuser. Au contraire, le nerf artificiel pourrait bientôt fournir aux prothèses un nouvel ensemble de sensations.

Le toucher n’est que le début: les versions futures pourraient inclure une sensation de température, des sensations de mouvement, de la texture et différents types de pression, tout ce qui nous aide à naviguer dans l’environnement.

Le nerf artificiel traite fondamentalement l’information différemment des systèmes informatiques actuels. Plutôt que de traiter avec les 0 et les 1, le nerf «tire» comme son homologue biologique. Parce qu’il utilise le même langage qu’un nerf biologique, le dispositif peut communiquer directement avec le corps, qu’il s’agisse de la jambe d’un cafard ou des terminaisons nerveuses résiduelles d’un membre amputé.

Mais les prothèses n’en sont qu’une partie. Le nerf artificiel peut potentiellement se combiner avec un «cerveau» artificiel – par exemple, une puce informatique neuromorphique qui traite l’entrée un peu comme notre cerveau – pour interpréter ses signaux de sortie. Le résultat est un système nerveux artificiel multi-sensoriel simple mais puissant, prêt à alimenter notre prochaine génération de bio-robots.

“Je pense que ce serait vraiment, vraiment intéressant”, a déclaré l’ingénieur en matériaux Dr. Alec Talin du Sandia National Laboratory en Californie, qui n’était pas impliqué dans le travail. 

Chassez le naturel…

Les prothèses actuelles sont déjà remarquables . Ils peuvent lire l’activité cérébrale d’un utilisateur et se déplacer en conséquence. Certains ont des capteurs intégrés, permettant à l’utilisateur de recevoir des sentiments clairsemés de contact ou de pression . Les nouveaux dispositifs expérimentaux intègrent même un bio-hack qui donne à son porteur une sensation de mouvement et de position dans l’espace, de sorte que l’utilisateur peut prendre une tasse de café ou ouvrir une porte sans avoir à regarder sa main prothétique.

Pourtant, nos sens naturels sont beaucoup plus complexes, et même les prothèses de pointe peuvent générer un sentiment d ‘«autre», ce qui entraîne souvent l’abandon de l’appareil. La réplication de tous les capteurs de notre peau est un objectif de longue date des bio-ingénieurs, mais difficile à atteindre sans la reproduction des fonctionnement des capteurs de notre peau.

Des milliers de récepteurs sont sensibles à la pression, à la température, à la douleur, aux démangeaisons et à la texture. Lorsqu’ils sont activés, ces capteurs émettent des signaux électriques le long des réseaux de nerfs sensoriels, s’intégrant aux «nœuds» le long du chemin. Ce n’est que si les signaux sont suffisamment forts – s’ils atteignent un seuil – que l’information est transmise au nœud suivant et, éventuellement, à la moelle épinière et au cerveau pour interprétation.

Ce mode «intégration-et-feu» du bavardage neuronal explique en partie pourquoi notre système sensoriel est si efficace. Il parvient à ignorer des centaines d’entrées insignifiantes et bruyantes et ne transmet que des informations utiles. Demandez à un ordinateur classique de traiter toutes ces données en parallèle, même si vous utilisez des algorithmes d’apprentissage en profondeur à la fine pointe de la technologie.

Code neuromorphique

Une chose était claire pour Kim et ses collègues: oublier les ordinateurs, il est temps d’aller neural.

En collaboration avec le Dr Zhenan Bao de l’Université de Stanford et le Dr Tae-Woo Lee de l’Université nationale de Séoul à Séoul, en Corée du Sud, Kim a cherché à fabriquer un dispositif organique flexible qui fonctionne comme un nerf artificiel.

L’appareil contenait trois parties. Le premier est une série de capteurs tactiles sensibles capables de détecter les moindres changements de pression. Toucher ces capteurs déclenche une tension électrique, qui est ensuite captée par le composant suivant: un «oscillateur en anneau». C’est juste un nom de fantaisie pour un circuit qui transforme la tension en impulsions électriques, un peu comme un neurone biologique.

Les impulsions sont ensuite transmises au troisième composant, un transistor synaptique. C’est le Grand Central Station de l’appareil: il prend en charge toutes les impulsions électriques de tous les capteurs actifs, qui intègrent alors les signaux. Si l’entrée est suffisamment forte, le transistor déclenche une chaîne d’impulsions électriques de diverses fréquences et amplitudes, similaires à celles produites par les neurones biologiques.

En d’autres termes, les sorties du nerf artificiel sont des schémas électriques que le corps peut comprendre – le «code neuronal».

“Le code neuronal est à la fois riche et efficace, étant un choix optimal pour concevoir des systèmes artificiels de détection et de perception”, explique le Dr Chiara Bartolozzi de l’Institut italien de technologie de Gênes, qui n’a pas participé à ce travail.

Magie neurale

Dans une série de tests, l’équipe a fait ses preuves.

Dans une expérience, ils ont déplacé une petite tige à travers le capteur de pression dans des directions différentes et ont constaté qu’il pouvait distinguer chaque mouvement et fournir une estimation de la vitesse.

Un autre test a montré qu’un nerf artificiel plus compliqué pouvait faire la différence entre diverses lettres en Braille. L’équipe a branché deux ensembles de transistors synaptiques avec des oscillateurs. Lorsque l’appareil a «senti» les caractères Braille, les signaux de pression intégrés, générant un schéma électrique de sortie spécifique pour chaque lettre.

“Cette approche imite le processus de traitement de l’information tactile dans un système somatosensoriel biologique”, ont déclaré les auteurs, ajoutant que les intrants bruts sont partiellement traités aux synapses d’abord avant la livraison au cerveau.

Ensuite, il y avait l’expérience du cafard. Ici, l’équipe a branché l’appareil à une seule jambe de cafard détachée. Ils ont ensuite appliqué une pression sur l’appareil par petits incréments, qui ont été traités et transmis au cafard à travers le transistor synaptique. Le système nerveux du cafard a pris les sorties comme étant les siennes, en secouant sa jambe plus ou moins vigoureusement en fonction de la pression initialement appliquée.

Le dispositif peut être utilisé dans un «arc réflexe bioélectronique hybride», expliquent les auteurs, dans la mesure où il peut être utilisé pour contrôler les muscles biologiques. Les futurs nerfs artificiels pourraient potentiellement agir de la même manière, donnant aux prothèses et aux robots des sensations tactiles et des réflexes.

Le travail en est encore à ses débuts, mais l’équipe a de grands espoirs pour sa stratégie. Parce que les appareils électroniques organiques comme ceux utilisés ici sont petits et peu coûteux à fabriquer, les bioingénieurs pourraient potentiellement emballer plus de capteurs dans des zones plus petites. Cela permettrait à plusieurs nerfs artificiels de transmettre un plus large éventail de sensations pour les futurs porteurs de prothèses, transformant l’appendice robotique en quelque chose qui se sent plus naturel et “soi”.

Une rétroaction haptique naturelle pourrait aider les utilisateurs à contrôler leur motricité fine dans leurs mains prosthétiques, par exemple en tenant délicatement une banane mûre. Lorsqu’ils sont encastrés dans les pieds d’une prothèse de membre inférieur, les nerfs artificiels peuvent aider l’utilisateur à marcher plus naturellement à cause du retour de pression du sol.

L’équipe rêve également de couvrir des robots entiers avec l’appareil extensible. Les informations tactiles pourraient aider les robots à mieux interagir avec les objets, ou permettre aux chirurgiens de contrôler plus précisément les robots chirurgicaux distants qui nécessitent de la finesse.

Et peut-être qu’un jour, le nerf artificiel pourrait même être combiné avec une puce neuromorphique – une puce informatique qui agit un peu comme le cerveau – et aboutir à un système nerveux artificiel multisensoriel simple mais puissant pour les futurs robots.

“Nous prenons la peau pour acquise, mais c’est un système complexe de détection, de signalisation et de prise de décision”, a déclaré l’ auteur de l’étude, le Dr Zhenan Bao de l’Université de Stanford. “Ce système nerveux sensoriel artificiel est une étape vers la réalisation de réseaux neuronaux sensoriels de type cutané pour toutes sortes d’applications.”

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Faits divers

La police égyptienne enquête sur la photo d’un couple ayant…

Les autorités égyptiennes enquêtent sur un homme et une femme qui auraient eu des relations sexuelles au sommet de la Grande Pyramide de...

Un journaliste de BFM TV accuse un intervenant de ne…

Sur la vidéo, on peut voir un Christophe Couderc, un intervenant invité sur le plateau de BFM TV se...

Etats-Unis: Une enseignante mariée accusée de viol d’un élève de…

Une ENSEIGNANTE américaine à récemment été placée en détention suite à des accusations de viol sur un élève mineur...

Malaisie: Un garçon de 16 ans électrocuté par le casque…

Un garçon est décédé après avoir été électrocuté par des écouteurs branchés sur son téléphone pendant le chargement. Mohammed...

Articles recents

Aperçu: à quelle vitesse les voitures vont bouger la Formule…

Les changements techniques de la voiture Gen2 expliqués L’introduction d’une nouvelle voiture plus puissante signifiera un nouveau départ pour le championnat monoplace électrique La cinquième saison de la Formule...

Perdre du poids à l'ère numérique

Comment la technologie m'a fait moins d'un homme et plus d'une machine Libération de propriété signée dans les dossiers de Shutterstock, Inc. 9 lb, 4 oz Fermement dans le...

Sante

Santé: Une personne a littéralement “craché un poumon”

Nous sommes actuellement en période hivernale, du moins dans l’hémisphère Nord, ce qui signifie des chutes de neige et l’inévitable rhume. Les habitants d’Ekaterinbourg à Yellowstone se sont évidemment préparé,...

Shrinkflation: bientôt dans un restaurant près de chez vous

Il y a moins d'un an Public Health England nous a dit que nous ne devrions pas consommer plus de 1 600 calories par jour à partir des repas....

illusions-d-optique-video
plages-cachees-newstrotteur
personnes-incroyables-newstrotteur
endroits-mysterieux-newstrotteur
science-inexpliquees-newstrotteur
mystères_jamais-resolues

Actualité