Investigadores de Stanford han desarrollado un sistema nervioso sensorial artificial que puede activar el reflejo de contracción en una cucaracha e identificar letras en el alfabeto Braille.
El trabajo, en colaboración con la Universidad Nacional de Seúl y publicado en Science, es un paso hacia la creación de piel artificial para extremidades protésicas, para restaurar la sensación de los amputados y, quizás, algún día darles a los robots algún tipo de capacidad de reflejo.
“Damos por entendida la piel, pero es un sistema complejo de detección, 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”.
Este hito es parte de la búsqueda de Bao para imitar cómo la piel puede estirarse, repararse a sí misma y, lo más notable, actuar como una red sensorial inteligente que sabe no solo cómo transmitir sensaciones agradables al cerebro, sino también cuándo ordenar a los músculos que reaccionen reflexivamente para tomar decisiones rápidas.
El nuevo artículo de Science describe cómo los investigadores construyeron un circuito nervioso sensorial artificial que podría integrarse en una futura cubierta similar a la piel para dispositivos neuro-protésicos y robótica blanda. Este circuito nervioso artificial rudimentario integra tres componentes previamente descritos.
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 invenciones informadas anteriormente por el laboratorio Bao.
Las señales sensoriales de estos componentes estimulan el tercer componente, un transistor sináptico artificial modelado según las sinapsis humanas. El transistor sináptico es una creación de Tae-WooLee de la Universidad Nacional de Seúl, que pasó su año sabático en el laboratorio de Stanford en Bao para iniciar el trabajo de colaboración.
“Las sinapsis biológicas pueden transmitir señales, y también almacenar información para tomar decisiones simples”, dijo Lee, que fue un segundo autor principal del artículo. “El transistor sináptico realiza estas funciones en el circuito nervioso artificial”.
Lee utilizó un reflejo de rodilla como un ejemplo de cómo los circuitos nerviosos artificiales más avanzados algún día podrían ser parte de una piel artificial que daría a los dispositivos protésicos o robots sentidos y reflejos.
En los humanos, 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 estiramiento repentino y emite dos señales simultáneamente, una provoca que los músculos de la rodilla se contraigan de forma refleja y una segunda señal, menos urgente, para registrar la sensación en el cerebro.
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 entregó 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, solo como una sinapsis biológica.
Los miembros del grupo probaron la capacidad del sistema para generar reflejos y sentir el tacto.
En una prueba conectaron su nervio artificial a una pata de 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, lo que provocó que la pata se moviera más o menos vigorosamente a medida que aumentaba o disminuía la presión sobre el sensor táctil.
También mostraron que el nervio artificial podía detectar varias sensaciones táctiles. En un experimento, el nervio artificial fue capaz de diferenciar las letras de Braille. En otro, hicieron rodar un cilindro sobre el sensor en diferentes direcciones y detectaron con precisión la dirección del movimiento.
