Une équipe de recherche conjointe POSTECH-UNIST propose un système sensoriel dynamique utilisant des récepteurs artificiels qui génèrent des signaux de pointe. Le système nouvellement développé permet une réponse en temps réel qui imite la peau réelle et atteint une simplicité structurelle.
Nous pouvons saisir des objets et faire des pas réguliers grâce à la tactilité de nos mains et de nos pieds. En tant que telle, la peau agit comme un canal qui relie le monde extérieur ou les stimuli au corps humain. Lorsque ces fonctions sensorielles ne fonctionnent pas correctement, il devient difficile de saisir ou d'utiliser des objets ou, dans le pire des cas, de se protéger de stimuli externes dangereux tels que la chaleur qui peut provoquer des brûlures. Il est donc primordial que la peau électrique - en cours de développement pour la peau artificielle ou les robots humanoïdes - soit capable de réagir à l'environnement extérieur en temps réel.
Une équipe de recherche de POSTECH dirigée par le professeur Unyong Jeong et le candidat au doctorat Taeyeong Kim (département de science et de génie des matériaux), en collaboration avec le professeur Sung-Phil Kim et le candidat au doctorat Jaehun Kim (département de génie biomédical) de l'UNIST, a mis au point une peau électronique capable de ressentir la tactilité comme le font les humains.
Les peaux électroniques conventionnelles ne pouvaient traiter les informations tactiles que par la mesure séquentielle des signaux électriques provenant du grand nombre de pixels configurés dans le capteur. Ainsi, les pixels très denses prenaient beaucoup de temps à mesurer, ce qui rendait difficile la création d'une peau électronique à haute résolution spatiale qui réagit immédiatement aux stimuli.
Les récepteurs sensoriels de la peau1 génèrent un spectre de signaux de pointes2 sous la forme d'un potentiel électrique en réponse à un stimulus externe et le reconnaissent en analysant le schéma du signal dans le cerveau. Les chercheurs se sont inspirés de ce mécanisme de génération et de reconnaissance des signaux du système sensoriel de la peau pour développer un récepteur sensoriel artificiel qui génère lui-même des signaux de pointe et ont créé une peau électronique capable d'envoyer tous les signaux simultanément pour qu'ils soient analysés en temps réel.
Comme un biosignal manque d'informations sur la localisation, il est difficile de reconnaître un stimulus externe dynamique dans la haute définition spatiale. Pour surmonter cette limitation, les chercheurs ont présenté pour la première fois que les signaux de pointes artificiels peuvent être caractérisés pour contenir les informations de position. Dotée de cette fonctionnalité, la peau électronique peut analyser des informations spatiales telles que la position et la trace du mouvement, et des informations temporelles telles que la vitesse et la zone de contact dynamique. Comme tous les récepteurs artificiels d'une peau électronique transmettent des signaux avec une seule paire d'électrodes de mesure, la structure des électrodes a été simplifiée par rapport aux peaux électroniques classiques.
En appliquant cette technologie à un robot réel, les chercheurs ont confirmé que la peau artificielle réagit aux stimuli externes comme le font les humains.
"Notre corps génère régulièrement des signaux électriques grâce à la nature flexible des électrolytes", explique le professeur Unyong Jeong de POSTECH, co-auteur de l'étude. "En comprenant les mécanismes biosensoriels et en développant des méthodes pour les actualiser avec des matériaux électrolytiques, nous prévoyons que la peau électronique pourra être utilisée pour rétablir la tactilité de la peau endommagée des patients et pour fabriquer des robots capables d'établir une connexion émotionnelle avec les humains.
Le professeur Sung-Phil Kim de l'UNIST, l'autre auteur correspondant de l'étude, a fait remarquer : "Convertir les stimuli externes en signaux de pointe et les traiter est une idée révolutionnaire qui imite la façon dont le système nerveux humain traite l'information". Il a ajouté : "Si un nouveau modèle d'IA est développé à l'aide de cette méthode d'encodage des informations des pointes, l'intelligence tactile des robots peut être développée plus avant et appliquée efficacement aux technologies de semi-conducteurs de la prochaine génération, telles que les puces neuromorphiques."
Publiée dans la revue internationale Science Robotics, cette étude a été réalisée avec le soutien du programme de laboratoire de recherche fondamentale et du programme de recherche sur la convergence des cerveaux par la Fondation nationale de la recherche de Corée.
1. Récepteurs
terminaisons nerveuses sensorielles qui répondent à divers stimuli.
2. Signal de pointe
Signal électrique qui génère une tension puis disparaît en raison d'un changement dans la distribution des ions dans le récepteur en présence d'un stimulus externe.
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