Investigadores de Stanford y la Universidad Nacional de Seúl han desarrollado un sistema nervioso sensorial artificial que puede activar el reflejo de contracción en una cucaracha e identificar letras en el alfabeto Braille.

La obra, informó el 31 de mayo en Ciencias , es un paso hacia la creación de piel artificial para prótesis, para restaurar la sensibilidad a los amputados y, quizás, un día dé a los robots algún tipo de capacidad refleja.

"Damos la piel por sentado, pero es una sensación compleja, sistema de señalización y toma de decisiones, "dijo Zhenan Bao, profesor de ingeniería química y uno de los autores principales. "Este sistema nervioso sensorial artificial es un paso hacia la creación de redes neuronales sensoriales similares a la piel para todo tipo de aplicaciones".

Bloques de construcción

Este hito es parte de la búsqueda de Bao para imitar cómo la piel se puede estirar, repararse a sí mismo y, lo más notable, actuar como una red sensorial inteligente que sabe no solo cómo transmitir sensaciones agradables al cerebro, pero también cuándo ordenar a los músculos que reaccionen de forma refleja para tomar decisiones rápidas.

El nuevo artículo de Science describe cómo los investigadores construyeron un circuito nervioso sensorial artificial que podría incrustarse en una futura cubierta similar a la piel para dispositivos neuroprotésicos y robótica blanda. Este circuito nervioso artificial rudimentario integra tres componentes descritos anteriormente.

El primero es un sensor táctil que puede detectar incluso fuerzas minúsculas. Este sensor envía señales a través del segundo componente:una neurona electrónica flexible. El sensor táctil y la neurona electrónica son versiones mejoradas de inventos reportados previamente por el laboratorio de Bao.

Las señales sensoriales de estos componentes estimulan el tercer componente, un transistor sináptico artificial modelado a partir de las sinapsis humanas. El transistor sináptico es una creación de Tae-Woo Lee de la Universidad Nacional de Seúl, quien pasó su año sabático en el laboratorio de Stanford de Bao para iniciar el trabajo colaborativo.

"Las sinapsis biológicas pueden transmitir señales, y también almacenar información para tomar decisiones sencillas, "dijo Lee, quien fue un segundo autor principal del artículo. "El transistor sináptico realiza estas funciones en el circuito nervioso artificial".

Lee usó un reflejo de rodilla como un ejemplo de cómo los circuitos nerviosos artificiales más avanzados podrían algún día ser parte de una piel artificial que daría a los dispositivos protésicos o robots tanto sentidos como reflejos.

Inhumanos, cuando un golpe repentino hace que los músculos de la rodilla se estiren, ciertos sensores en esos músculos envían un impulso a través de una neurona. La neurona a su vez envía una serie de señales a las sinapsis relevantes. La red sináptica reconoce el patrón del tramo repentino y emite dos señales simultáneamente, uno que hace que los músculos de la rodilla se contraigan por reflejo y un segundo, señal menos urgente para registrar la sensación en el cerebro.

Haciendo que funcione

El nuevo trabajo tiene un largo camino por recorrer antes de alcanzar ese nivel de complejidad. Pero en el artículo de Science, el grupo describe cómo la neurona electrónica envió señales al transistor sináptico, que fue diseñado de tal manera que aprendió a reconocer y reaccionar a las entradas sensoriales en función de la intensidad y frecuencia de las señales de baja potencia, como una sinapsis biológica.

Los miembros del grupo probaron la capacidad del sistema tanto para generar reflejos como para sentir el tacto.

En una prueba, conectaron su nervio artificial a la pata de una cucaracha y aplicaron pequeños incrementos de presión a su sensor táctil. La neurona electrónica convirtió la señal del sensor en señales digitales y las transmitió a través del transistor sináptico, haciendo que la pierna se mueva más o menos vigorosamente a medida que aumenta o disminuye la presión sobre el sensor táctil.

También demostraron que el nervio artificial podía detectar varias sensaciones táctiles. En un experimento, el nervio artificial pudo diferenciar letras Braille. En otro, hicieron rodar un cilindro sobre el sensor en diferentes direcciones y detectaron con precisión la dirección del movimiento.

Los estudiantes graduados de Bao, Yeongin Kim y Alex Chortos, más Wentao Xu, un investigador del propio laboratorio de Lee, también fueron fundamentales para la integración de los componentes en el sistema nervioso sensorial artificial funcional.

Los investigadores dicen que la tecnología de los nervios artificiales aún está en su infancia. Por ejemplo, La creación de revestimientos cutáneos artificiales para prótesis requerirá nuevos dispositivos para detectar el calor y otras sensaciones. la capacidad de integrarlos en circuitos flexibles y luego una forma de conectar todo esto con el cerebro.

El grupo también espera crear bajo consumo, redes de sensores artificiales para cubrir robots, la idea es hacerlos más ágiles al proporcionar algunos de los mismos comentarios que los humanos obtienen de su piel.