KAIST：“对外部刺激作出智能反应……开发出‘人工感觉神经系统’”
在韩国，研究人员成功开发出一套仿生物感官神经系统的人工感官神经系统。预计该技术可对外部刺激作出智能响应，有望应用于机器人义肢、超小型机器人等医疗及特殊环境领域。
韩国科学技术院（KAIST）15日表示，电气及电子工程系特聘教授 Choi Sunghyun 研究团队与忠南大学半导体融合学科 Lee Jongwon 教授研究团队合作，开发出一种模仿生物感官神经系统功能的、基于新一代类脑（神经形态）半导体的人工感官神经系统，并据此实现了能够高效响应外部刺激的新概念机器人系统。
包括人在内的动物，会忽略安全或熟悉的刺激，而对重要刺激选择性地作出敏感反应。这样既能防止不必要的能量浪费，又能集中于重要刺激，从而对外界变化作出敏捷应对.
例如，夏季时熟悉的空调声或衣物触及皮肤的触感，很快就会变得习以为常，不再在意；但在意想不到的情境中，如果有人突然叫自己的名字，或是有尖锐物体接触皮肤，则会迅速集中注意并作出应对（或回避）。
这取决于感官神经系统的“习惯化”或“敏感化”功能。近年来，随着人工智能和机器人技术的发展，为了实现像人一样高效应对外部环境的机器人，持续有尝试将生物感官神经系统的功能应用到机器人中的研究。
然而，此前若要在机器人中移植并实现习惯化、敏感化等复杂神经特性，就必须借助额外的软件或复杂电路，因而难以实现小型化，在能效方面也存在局限。
为解决这一问题，曾有研究尝试利用类脑半导体——忆阻器（memristor）器件，但即便如此，忆阻器也只能实现简单的电导变化，难以模拟神经系统的复杂特性。
忆阻器是“存储器（memory）”与“电阻（resistor）”的合成词，是一种新一代电学器件，其电阻值由两个端子之间过去流过的电荷量和方向决定。
为克服既有局限，联合研究团队在单个忆阻器器件内部形成了两个使电导朝相反方向变化的层，从而开发出一种新型忆阻器，可以像真实感官神经系统那样，模拟习惯化和敏感化等功能。
该器件具有这样一个优点：当刺激反复出现时，其反应会逐渐减弱；而一旦检测到危险信号，又会重新变得敏感，从而现实地再现了真实神经系统中复杂的突触反应模式。
联合研究团队利用这一忆阻器，制作出能够识别触觉与疼痛的、基于忆阻器的人工感官神经系统，并将其应用于真实的机器人手上，验证了其有效性。
在实验中，当反复施加安全的触觉刺激时，机器人手最初对陌生触觉刺激非常敏感，但随后逐渐表现出忽视刺激的习惯化特性；之后，当在刺激的同时施加电击时，机器人手又将其识别为危险信号，再次表现出敏感反应，从而同时验证了其敏感化特性。
由此，联合研究团队在无需额外复杂软件或处理器的情况下，成功证明机器人也能像人一样高效地对刺激作出响应，并提出了在能量方面同样高效的神经系统仿真机器人开发可能性。
KAIST 研究员 Park Sion（硕博连读课程）表示：“本研究的意义在于，通过利用新一代半导体来模拟人的感官神经系统，开启了实现能够更智能地应对外部环境的新概念机器人的可能性。该技术今后有望与超小型机器人、军用机器人、机器人义肢等多个新一代半导体与机器人学融合领域相结合并得到应用。”
此次研究由研究员 Park Sion 作为第一作者参与。研究成果已于本月1日在线发表在国际学术期刊《Nature Communications》上。
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