في أحدث دراسة رائدة، قام فريق بحث علمي بتطوير نوع جديد من الجلد الإلكتروني الذي يمكّن الروبوتات البشرية من التمييز بين اللمسات اليومية والقوى الخارجية المدمرة المحتملة. ومن المتوقع أن تعيد هذه القدرة، التي كانت في الأصل مملوكة للجهاز العصبي البيولوجي فقط، تشكيل الطريقة التي تتفاعل بها الروبوتات مع العالم المادي، وخاصة مع البشر.
نُشرت الدراسة مؤخرًا في Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) وتم إكمالها بالاشتراك مع باحثين من جامعة ميونيخ التقنية والمؤسسات الشريكة. الهدف الأساسي هو بناء آلية أكثر موثوقية لاستشعار "الألم" للروبوتات لتحديد الاتصالات الضارة وتحفيز الاستجابات الوقائية وفقًا لذلك، بدلاً من مجرد البقاء عند مستوى اكتشاف الضغط البسيط.
أساس نظام الجلد الإلكتروني هذا هو شبكة من أجهزة استشعار الضغط المرنة الموزعة داخل السطح. عند لمس الجلد أو الضغط عليه أو ضربه، تقوم أجهزة الاستشعار بتحويل القوة الميكانيكية إلى إشارات كهربائية؛ وفي ظل الظروف العادية، يتم تغذية هذه الإشارات إلى وحدة المعالجة المركزية للروبوت. ولكن في هذا النظام الجديد، بمجرد أن يتجاوز الإدراك الحد المحدد مسبقًا، لن يتم تحميل الجلد الإلكتروني وفقًا للمسار التقليدي، ولكنه سيرسل إشارة مباشرة إلى المحرك، مما يدفع المشغل إلى تنفيذ إجراءات "انعكاسية" على الفور مثل التجنب أو تقليل القوة.
ما يجعل هذا النظام فريدًا مقارنة بالحلول التقليدية هو طريقة تشفير الإشارة. استخدم فريق البحث "التشفير العصبي" للخلايا العصبية الإلكترونية، بحيث لم يعد يعتبر اللمس قيمة ضغط واحدة، ولكن لترجمة القوة إلى تسلسل سريع من النبضات الكهربائية. يتغير تردد ونمط النبضات اعتمادًا على شدة الاتصال وموقعه: عندما تكون القوة الخارجية ضمن نطاق آمن، يتوافق نمط الإشارة مع "الاتصال العادي". بمجرد أن يتجاوز الضغط العتبة، يخضع النمط لطفرة كبيرة، مما يؤدي إلى استجابة وقائية.
وأكد الباحثون أن النظام يكتشف الضغط الميكانيكي بدلاً من العواطف أو المشاعر ذات المستوى الأعلى. هذه الآلية "الشبيهة بالألم" هي إشارة وظيفية - فهي تساعد الروبوت على التعرف على القوى الخارجية الضارة والاستجابة لها، ولكنها لا تعني أن الآلة لديها مشاعر أو تجارب ذاتية.
كتب مؤلف الورقة في التقرير أن الجلد الإلكتروني لهذا النوع من الروبوتات العصبية يستخدم بنية هيكلية هرمية شبيهة بالعصبية لتحقيق إدراك عن طريق اللمس عالي الدقة، والكشف النشط عن الألم والضرر، والانعكاس المحلي، وله وحدات استبدال وإصلاح قدرات سريعة، وبالتالي تحسين قدرات الروبوت اللمسية والسلامة وتجربة تفاعل أكثر سهولة بين الإنسان والحاسوب، ووضع الأساس لروبوتات الخدمة "المتعاطفة".
للتحقق من أداء النظام، أجرى فريق البحث أشكالًا مختلفة من الاختبارات الفيزيائية على الجلد الإلكتروني، بدءًا من اللمسات الخفيفة وحتى القوى الخارجية المتزايدة تدريجيًا لمحاكاة جهات الاتصال التي يحتمل أن تكون ضارة ومراقبة ما إذا كان النظام يمكنه التمييز بدقة بين الحالات الآمنة والخطيرة في الوقت الفعلي. وفي جولات متعددة من التجارب، تمكنت شبكة الاستشعار من توليد أنماط إشارة مميزة بشكل ثابت وبدء درجات مختلفة من الاستجابات الوقائية اعتمادًا على حجم القوة الخارجية. يصل وقت استجابة النظام إلى مستوى المللي ثانية، وهو ما يكفي لدعم الإجراءات في الوقت الفعلي مثل سحب الجزء الحامل للقوة بسرعة وتقليل قوة القبضة. في نفس الوقت، لا يزال بإمكانه الحفاظ على خرج الإشارة المستقر في ظل دورات اتصال متكررة متعددة، مما يظهر متانة جيدة.
إن تحسينات الأداء هذه لها أهمية مباشرة لسلامة التعاون الوثيق بين الإنسان والآلة. ومع انتقال الروبوتات تدريجياً من المصانع المغلقة إلى البيئات البشرية اليومية مثل المنازل والمستشفيات والأماكن العامة، زادت التفاعلات الوثيقة في سيناريوهات المهام بشكل كبير، كما زاد خطر الاصطدامات العرضية وحتى القوة المفرطة. تعتمد تدابير السلامة التقليدية في الغالب على أجهزة استشعار خارجية أو حدود الحركة المحددة مسبقًا أو إجراءات إيقاف التشغيل في حالات الطوارئ. وعلى الرغم من فعالية هذه الآليات، إلا أنها غالبًا ما تكون بطيئة أو جامدة. إن دمج اللمس والإدراك "الشبيه بالألم" مباشرة في "جلد" الروبوت يسمح للروبوت بالاستجابة للتهديدات محليًا وفوريًا.
ومن المتوقع أيضًا أن تعمل هذه التقنية على تحسين الأداء في المهام التعاونية، مثل الرفع المشترك للأشياء أو أجهزة التنقل أو مجموعة متنوعة من تطبيقات روبوت الخدمة. ومن خلال ضبط قوة التلامس في الوقت الفعلي، يمكن للروبوتات التحكم في القوة بشكل أكثر طبيعية عند الإمساك بأشياء هشة، أو ملامسة جسم الإنسان، أو التكيف مع بيئات لا يمكن التنبؤ بها، مما يقلل من خطر سحق جهات الاتصال أو انزلاقها أو سوء تقديرها.
وعلى مستوى أوسع، تعمل هذه التكنولوجيا أيضًا على تغيير الطريقة التي ينظر بها البشر إلى الآلات. من الواضح أن الروبوت الذي يمكنه "تجنب" و"تقليل القوة" استجابة للقوى الخارجية، حتى لو لم يكن لديه أي خبرة عاطفية، سيبدو أكثر "استجابة" و"أشبه بجسم حي" بصريًا. ومن المرجح أن يجعل هذا النوع من ردود الفعل التفاعل بين الآلة والآلة أكثر سهولة: فتماماً كما يلمس الناس بعضهم بعضاً بشكل غريزي بخفة عندما ينسحب الشخص الآخر، عندما يصبح من الممكن اكتشاف سلوك "التراجع" للروبوت، فسوف يكون من الأسهل على البشر تعديل تحركاتهم للحد من الأذى غير المقصود.
ومع ذلك، فإن التكنولوجيا تثير أيضًا نقاشًا أوسع حول "واقعية الروبوت". عندما تتعلم الروبوتات من استراتيجيات الإدراك البيولوجي من حيث السلامة والأداء، فهل ستطرح أيضًا قضايا جديدة في الأخلاق والتصميم؟ يعتقد بعض الباحثين أن الروبوتات لا تحتاج بالضرورة إلى نظام إشارات "شبيه بالألم"؛ تشير أصوات أخرى إلى أن استعارة الآليات البيولوجية قد يكون الطريقة الأكثر فعالية لتحقيق درجة عالية من القدرة على التكيف والقوة. أصبحت كيفية إيجاد توازن بين الفوائد الوظيفية والعواقب الاجتماعية الناجمة عن "الإفراط في التجسيم" تحديًا جديدًا - خاصة إذا كان هذا النوع من الجلد مرتبطًا بوحدة "الاستجابة العاطفية" التي يديرها الذكاء الاصطناعي، فإن هذه القضية ستكون أكثر حساسية.
وفي الوقت الحاضر، لا تزال هذه التكنولوجيا في المراحل الأولى من البحث ولا تزال بعيدة عن التسويق التجاري. الجلود الإلكترونية الموجودة تغطي مساحة محدودة فقط. للتوسع إلى سطح جسم بشري كامل، لا تحتاج عملية التصنيع إلى تحسين كبير فحسب، بل يجب أيضًا حل الاختناقات في استهلاك الطاقة ومعالجة البيانات. وسيركز العمل المستقبلي على توسيع منطقة تغطية الاستشعار وتحسين المتانة. ستحدد هذه الخطوات الأساسية ما إذا كان هذا النوع الجديد من جلد الروبوت يمكنه الانتقال من النماذج الأولية المختبرية إلى سيناريوهات التطبيق الحقيقية.
وفقًا للتقارير، تم نشر النتائج الأكاديمية لهذا البحث في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، وتم الإبلاغ عن البيانات الصحفية ذات الصلة بواسطة TechXplore ووسائل الإعلام التكنولوجية الأخرى.