Όταν τα ρομπότ «πονούν»: Η νέα ηλεκτρονική επιδερμίδα που αντιδρά σαν ζωντανός οργανισμός

Μέχρι σήμερα, η εικόνα ενός ρομπότ που τραυματίζεται και αντιδρά ενστικτωδώς στον πόνο ανήκε στη σφαίρα της φαντασίας ή των κινηματογραφικών ταινιών. Ωστόσο, μια νέα τεχνολογική εξέλιξη έρχεται να ανατρέψει τα δεδομένα στη ρομποτική, προσδίδοντας στις μηχανές μια από τις πιο θεμελιώδεις βιολογικές λειτουργίες: την ικανότητα να αισθάνονται πόνο και να προστατεύουν τον εαυτό τους αυτόματα.

Ερευνητές ανέπτυξαν πρόσφατα ένα πρωτοποριακό σύστημα τεχνητών νεύρων, ενσωματωμένο σε μια «νευρομορφική» ηλεκτρονική επιδερμίδα (NRE-skin), η οποία επιτρέπει στα ρομπότ όχι μόνο να αντιλαμβάνονται την αφή, αλλά και να αισθάνονται δυσάρεστα ερεθίσματα, αντιδρώντας ακαριαία για να αποφύγουν τη ζημιά.

Πέρα από την απλή αφή: Η βιομιμητική προσέγγιση

Η καινοτομία αυτή, που παρουσιάστηκε πρόσφατα στην επιστημονική κοινότητα, βασίζεται στην προσπάθεια μίμησης του ανθρώπινου νευρικού συστήματος. Ενώ τα συμβατικά ρομπότ χρησιμοποιούν αισθητήρες για να μετρήσουν δυνάμεις ή πίεση, η διαδικασία επεξεργασίας αυτών των δεδομένων είναι συχνά αργή. Το σήμα πρέπει να ταξιδέψει μέχρι τον κεντρικό επεξεργαστή (τον «εγκέφαλο» του ρομπότ), να αναλυθεί και στη συνέχεια να σταλεί πίσω η εντολή για κίνηση. Σε κρίσιμες στιγμές, αυτά τα κλάσματα δευτερολέπτου μπορεί να αποβούν μοιραία για την ακεραιότητα της μηχανής.

Η νέα ηλεκτρονική επιδερμίδα καταργεί αυτή την καθυστέρηση. Λειτουργεί ως ένα αποκεντρωμένο σύστημα, παρόμοιο με τα αντανακλαστικά τόξα του ανθρώπινου σώματος. Όταν ακουμπάμε κατά λάθος ένα καυτό αντικείμενο, τραβάμε το χέρι μας πριν καν ο εγκέφαλος συνειδητοποιήσει τον πόνο. Με τον ίδιο τρόπο, η NRE-skin διαθέτει ενσωματωμένα κυκλώματα που μπορούν να πυροδοτήσουν μια «αντανακλαστική» κίνηση απόσυρσης όταν ανιχνεύσουν πίεση ή ερέθισμα που υπερβαίνει τα όρια ασφαλείας.

Πώς λειτουργεί το «νευρικό σύστημα» της μηχανής

Η δομή της νέας αυτής επιδερμίδας είναι πολυεπίπεδη και εξαιρετικά εξελιγμένη. Στο εξωτερικό της μέρος, ένα στρώμα που μιμείται την ανθρώπινη επιδερμίδα προστατεύει τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά. Από κάτω, κρύβεται ένα πλέγμα αισθητήρων και μικροκυκλωμάτων που παίζουν τον ρόλο των νευρικών απολήξεων.

Το σύστημα είναι ικανό να κωδικοποιεί τα ερεθίσματα σε ηλεκτρικούς παλμούς, η συχνότητα των οποίων αυξάνεται ανάλογα με την ένταση της πίεσης. Αν η πίεση είναι ήπια, το ρομπότ την αντιλαμβάνεται ως απλό άγγιγμα. Αν όμως η πίεση γίνει απειλητική –όπως ένα χτύπημα ή μια αιχμηρή επαφή– το σήμα αλλάζει δραματικά, ενεργοποιώντας άμεσα τους κινητήρες για να απομακρυνθεί το μέλος από την πηγή του κινδύνου.

Εξίσου εντυπωσιακή είναι η ικανότητα του συστήματος για αυτο-διάγνωση. Όταν το ρομπότ βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας, η επιδερμίδα εκπέμπει αδύναμους παλμούς σε τακτά χρονικά διαστήματα, ενημερώνοντας τον κεντρικό ελεγκτή ότι όλα λειτουργούν ομαλά. Αν υπάρξει διακοπή σε αυτό το σήμα, το σύστημα αντιλαμβάνεται ότι έχει υποστεί βλάβη ή «τραυματισμό», επιτρέποντας τον άμεσο εντοπισμό του προβλήματος.

Ασφάλεια και συνεργασία ανθρώπου-μηχανής

Γιατί όμως χρειαζόμαστε ρομπότ που πονάνε; Η απάντηση βρίσκεται στην ασφάλεια και τη βιωσιμότητα. Σε βιομηχανικά περιβάλλοντα, όπου τα ρομπότ συνεργάζονται στενά με ανθρώπους, η ικανότητα της μηχανής να αντιλαμβάνεται πότε ασκείται πάνω της επικίνδυνη δύναμη ή πότε η ίδια χτυπάει σε εμπόδιο, είναι κρίσιμη.

Ένα ρομπότ που «πονάει» είναι ένα ρομπότ που προστατεύει τον εαυτό του από φθορές, μειώνοντας το κόστος συντήρησης και αντικατάστασης. Παράλληλα, γίνεται πιο προσεκτικό και «ενσυναίσθητο» στις κινήσεις του, καθώς η αποφυγή συγκρούσεων γίνεται προτεραιότητα του ίδιου του υλισμικού του και όχι απλώς μια γραμμή κώδικα στον προγραμματισμό του.

Επισκευή και προσαρμοστικότητα

Οι δημιουργοί της τεχνολογίας προέβλεψαν και την ανάγκη για εύκολη συντήρηση. Η σχεδίαση της επιδερμίδας είναι αρθρωτή (modular), που σημαίνει ότι αν ένα τμήμα της καταστραφεί ανεπανόρθωτα, μπορεί να αντικατασταθεί εύκολα και γρήγορα, χωρίς να χρειάζεται να αλλαχθεί ολόκληρο το σύστημα. Αυτή η ευελιξία θυμίζει την ικανότητα επούλωσης των βιολογικών οργανισμών, αν και σε αυτή την περίπτωση η «ίαση» προέρχεται από την αντικατάσταση του φθαρμένου τμήματος.

Το μέλλον της ρομποτικής αφής

Η ανάπτυξη της NRE-skin ανοίγει νέους δρόμους για τη ρομποτική και την προσθετική. Φανταστείτε τεχνητά μέλη για ανθρώπους που όχι μόνο εκτελούν κινήσεις, αλλά μεταφέρουν στον χρήστη την αίσθηση του κινδύνου ή του πόνου, προστατεύοντας το προσθετικό μέλος από κακομεταχείριση.

Η τεχνολογία αυτή μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά σε μηχανές που αντιλαμβάνονται τον κόσμο με τρόπο παρόμοιο με τον δικό μας. Δεν πρόκειται απλώς για εξυπνότερους αλγόριθμους, αλλά για εξυπνότερα σώματα. Καθώς τα ρομπότ θα εντάσσονται όλο και περισσότερο στην καθημερινότητά μας, η ικανότητά τους να «αισθάνονται» και να αντιδρούν φυσικά θα είναι το κλειδί για την αρμονική συμβίωση. Ο πόνος, τελικά, αποδεικνύεται εξίσου χρήσιμος για τις μηχανές όσο και για τους ανθρώπους: είναι ο απόλυτος μηχανισμός επιβίωσης.