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《Science》靈活的人造電子神經模擬生物感覺神經

2018/06/27/編輯部

人造神經系統模擬生物神經系統(圖片來源:Science)

人造神經系統模擬生物神經系統(圖片來源:Science)

感覺(或輸入)神經元為中樞神經系統和大腦帶來觸覺、疼痛與溫度變化。日前在《Science》期刊上發表了最新的研究,來自首爾大學與史丹佛大學的團隊使用電子的工具與材料,將壓力傳感器,環式振盪器和離子凝膠電晶體組合,製作人造機械生化感受器,這個組合允許多個壓力輸入,可以被轉換成傳感器訊號使振盪模式驅動蟑螂腿運動。

體感系統中的受體,神經元和突觸的分布網絡,能有效的處理複雜的觸覺信息。團隊使用靈活的有機電子(organic electronics)來模仿感覺神經的功能。此人造輸入神經,可收集傳感器上的壓力來源,通過使用環式振盪器與突觸電晶體將壓力訊息轉換成動作電位(action potentials)。

階層式仿生結構可以偵測物體的運動,在辨識盲文符號的試驗中,研究人員以人工輸入神經來辨識3像素陣列和2個像素盲文符號(3X2),再用六個突觸傳感器接收一個振盪器的輸入,並用11個突觸電晶體各自接受兩個不同振盪器的輸入。

為了量化突觸後的反應差異,研究團隊使用Victor-Purpura 來算字符間的距離(DVP),突變信號在不同字母間的最小DVP積分中增加,這意味盲文的符號便得更容易區分。

因此,團隊將模擬生物體感系統的觸覺信息處理,將人造輸入神經與運動神經連接起來,以建構混和生物電子反射弧以啟動肌肉。

團隊利用背面帶有人造輸入神經的蟑螂,測試多個點的壓力刺激,壓力刺激通過人造輸入神經轉化為突觸後電流,以刺激生物傳出神經,使脛骨伸肌開始運動。 

研究團隊表示對於生物輸入神經有了最新的理解,我們製造了一種電子材料的人工輸入神經,它具有接收空間中多個觸覺的能力,再組合壓力輸入產生動作電位,集結到突觸電晶體中。也成功地將人工輸入神經與生物異質性的神經連結再一起,實現了混和生物電子反射弧和控制生物肌肉的過程。

最後首爾大學教授Tae-Woo Lee說,我們對於人工感覺神經的建構表現相當滿意,希望未來可幫助生物敏感的機器人與人類假肢的開發。

 

資料來源: http://science.sciencemag.org/content/360/6392/998/tab-pdf

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180531142942.htm

不論人生看起來多麼困難,總有你可以做及取得成功的事《史蒂芬 霍金》。

文章分類 科學要聞

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