شهدت الأطراف الصناعية في الآونة الأخيرة تطوراً ملحوظاً بفضل تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد وأنظمة الروبوتات الأكثر قدرة على الاستجابة.

وفي سياق هذا التطور، قام فريق من المهندسين في جامعة ستانفورد وجامعة سويل الوطنية في ابتكار طريقة جديدة لمنح الأطراف الاصطناعية القدرة على الإحساس بالبيئة المحيطة بها.

الأمر الذي دفعهم إلى تطوير نمطاً جديداً من العصب الاصطناعي يحاكي العصب البشري من حيث مبدأ عمله في معالجة المعلومات.

وفيما يتعلق بهذا الابتكار قالت زينان باو وهي أستاذ في الهندسة الكيميائية:” يُعتبر النظام العصبي الحسي الاصطناعي خطوة جديدة نحو إنشاء شبكات عصبية حسية تُشبه الجلد لجميع أنواع التطبيقات”.

في وقتنا الحالي توجد مئات الابتكارات في مجالات الأطراف الاصطناعية، على سبيل المثال يمكن لمبتوري الأطراف التحكم في حركة اذرعهم الصناعية باستخدام أفكارهم

كما تحتوي أنواع أخرى من الأطراف على مستشعرات ضغط للمساعدة في التحكم في قبضة المستخدم بطريقة أكثر طبيعية

ومع ذلك، لم تصل هذه الابتكارات في تطورها إلى مستوى الموجود في الجهاز العصبي البشري.

وانطلاقاً من هذه الفكرة أراد فريق المهندسين أن يرتقوا بنظامهم الجديد من خلال تكرار الشبكة الواسعة

ولتي تسمح لكثير من المعلومات بالانتقال عبر أجسادنا إلى أدمغتنا في شكل معلومات حسية

ومن ثمّ العودة إليها في شكل أوامر حركية تماماً كما يعمل الجهاز العصبي البشري.

مكونات النظام العصبي الحسي الصناعي

استخدم فريق البحث في تصميم النظام مركبات عضوية مكونة من ثلاثة أجزاء، يحتوي الجزء الأول منها على عشرات من أجهزة الاستشعار لالتقاط إشارات الضغط المختلفة.

حيث عند الضغط على هذه الحساسات يتولد جهد متزايد بين قطبين، ويتم التقاط هذا التغيير في الجهد بواسطة القطعة الثانية من النظام الصناعي.

ثم استخدم الفريق مذبذباً حلقياً لتحويل التغيرات في الجهد إلى نبضات كهربائية، لتذهب تلك النبضات بعد ذلك إلى ترانزستور مشبكي

حيث يصدر هذا الترانزستور نبضات تُطابق تلك القادمة من الخلايا العصبي البيولوجية.

ميزات النظام العصبي الصناعي

يتمثل الهدف الأكبر من هذا النظام في محاكاة كيفية تمدد الجلد وشفاء نفسه والعمل كشبكة حسية ضخمة يمكنها ارسال المشاعر الحسية إلى الدماغ

بالإضافة إلى قدرتها على اتخاذ قرارات سريعة.

تمّ نشر تفاصيل أكثر عن هذا الجهاز العصبي في ورقة بحثية في مجلة Science من قبل القائمين على هذا الابتكار حيث قالوا فيها:

يمكن للمشابك البيولوجية في جسم الإنسان أن تنقل الإشارات، وتخزن أيضاً المعلومات لاتخاذ قرارات بسيطة

بينما في النظام العصب الاصطناعي يقوم الترانزستور المشبكي بهذه الوظائف بكل دقة.

كيف تمكن المهندسون من اختبار فعالية النظام العصبي الصناعي ؟

في محاولة من الفريق لاختبار مدى نجاح مشروعهم، استخدموا منعكس الركبة (منعكس لا إرادي)، السبب في اختيارهم لهذا المنعكس دون غيره لأنه عندما يتم النقر على الركبة ينتقل الإحساس من العضلات إلى الخلايا العصبية ثم ترسل الإشارات بعد ذلك إلى المشابك العصبية

ويمكن للشبكة بعد ذلك التعرف على النمط والتسبب في تقلص الركبة دون الحاجة لوصول الإحساس إلى الدماغ مما يجعل هذه الاستجابة أكثر سرعة.

ختاماً

يأمل المهندسون في تطوير تكنولوجيا الأعصاب الاصطناعية بشكل أكبر، كما يطمحون مستقبلاً إلى إنشاء شبكات استشعار اصطناعية منخفضة الطاقة للروبوتات من أجل تحسين خفة حركتها وأفعالها.

المصدر: اضغط هنا

• إعداد: المهندسة سهى عبدو
• تحرير: المهندس بشار الحجي