بازآفرینی پیچیدگی حس لامسه انسانی در فناوری های نوین
در دنیای فناوری های پوشیدنی، پیشرفتی انقلابی در حال شکل گیری است که می تواند نحوه تعامل انسان با محیط دیجیتال را دگرگون کند. محققان دانشگاه MIT به تازگی نمونه اولیه یک دستگاه پوشیدنی را توسعه داده اند که قادر است پیچیدگی های حسی لامسه انسان را با دقت بی سابقه ای شبیه سازی کند. این فناوری که در مجله Nature Electronics به چاپ رسیده است، از ترکیب مواد الاستومری پیشرفته، شبکه ای از سنسورهای نانویی و الگوریتم های یادگیری ماشین استفاده می کند تا طیف وسیعی از احساسات لمسی را بازآفرینی کند. برخلاف فناوری های فعلی که تنها قادر به تشخیص فشار یا دما هستند، این دستگاه می تواند بافت، زبری، چسبندگی و حتی ویژگی های مکانیکی مواد را با دقت ۹۲ درصدی تشخیص دهد.
سیستم جدید از سه لایه اصلی تشکیل شده است که هر کدام عملکرد منحصر به فردی در بازآفرینی حس لامسه دارند. لایه خارجی که در تماس مستقیم با پوست کاربر قرار می گیرد، از ماده ای به نام “هیدروژل یونی-الکترونیک” ساخته شده که قادر است تغییرات مکانیکی ناشی از تماس با اشیا را به سیگنال های الکتریکی تبدیل کند. لایه میانی شامل شبکه ای متراکم از سنسورهای فشار و کشش است که هر کدام تنها ۵۰ میکرومتر قطر دارند و می توانند نیروهایی به کوچکی ۰.۱ نیوتن را تشخیص دهند. لایه داخلی سیستم، پردازشگر سیگنال و واحد یادگیری ماشین را در خود جای داده که داده های خام سنسورها را به اطلاعات معنادار لمسی تبدیل می کند. این معماری چندلایه باعث شده دستگاه بتواند تفاوت های ظریف میان سطوح مختلف مانند تفاوت بین ابریشم و کتان یا تفاوت بین چوب بلوط و گردو را تشخیص دهد.
یکی از ویژگی های منحصر به فرد این فناوری، قابلیت یادگیری تطبیقی آن است. الگوریتم های یادگیری عمیق به کار رفته در سیستم، با هر بار استفاده از دستگاه، دقت تشخیص آن را بهبود می بخشند. این ویژگی به خصوص در کاربردهای پزشکی و توانبخشی اهمیت ویژه ای دارد، جایی که دستگاه می تواند با یادگیری الگوهای لمسی خاص هر بیمار، بازخوردهای شخصی سازی شده ارائه دهد. محققان تخمین می زنند که پس از ۱۰۰ ساعت استفاده، دقت سیستم در تشخیص بافت ها و مواد مختلف به ۹۵ درصد برسد. این سطح از تطبیق پذیری در فناوری های لمسی پیشین دیده نشده بود و می تواند زمینه را برای ایجاد رابط های انسان-ماشین بسیار طبیعی تر فراهم کند.
پتانسیل های کاربردی این فناوری در حوزه های مختلفی از پزشکی گرفته تا واقعیت مجازی قابل تصور است. در بخش سلامت و توانبخشی، این دستگاه می تواند به بیمارانی که اعصاب حسی خود را از دست داده اند کمک کند تا دوباره احساس لمس را تجربه کنند. آزمایش های اولیه بر روی بیماران مبتلا به نوروپاتی دیابتی نشان داده که این فناوری قادر است حس لامسه را تا ۷۸ درصد به حالت عادی نزدیک کند. در صنعت بازی و واقعیت مجازی، این نوآوری می تواند تجربه ای کاملاً غوطه ور ایجاد کند که در آن کاربران نه تنها می توانند اشیا مجازی را ببینند، بلکه بافت، وزن و حتی دمای آنها را نیز احساس کنند. شرکت های پیشرو در حوزه فناوری مانند مایکروسافت و متا در حال مذاکره برای بهره برداری از این فناوری در نسل بعدی هدست های واقعیت مجازی خود هستند.
در بخش صنعتی و تولید، این فناوری می تواند انقلابی در رباتیک ایجاد کند. ربات های مجهز به این سیستم لمسی قادر خواهند بود با دقت بی سابقه ای اشیا ظریف را دستکاری کنند، تفاوت بین مواد مختلف را تشخیص دهند و حتی میزان فشار مناسب برای نگه داشتن اجسام شکننده را محاسبه کنند. این قابلیت ها می تواند دقت و ایمنی ربات ها در صنایعی مانند خودروسازی، الکترونیک و داروسازی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. در حوزه نظامی نیز این فناوری کاربردهای گسترده ای دارد، از کنترل از راه دور ربات های امدادگر در مناطق خطرناک گرفته تا بهبود رابط های کنترل سیستم های پیچیده. ارتش آمریکا بودجه قابل توجهی را به توسعه این فناوری برای کاربردهای نظامی اختصاص داده است.
با وجود تمام پتانسیل های این فناوری، چالش های فنی و اقتصادی قابل توجهی بر سر راه تجاری سازی آن وجود دارد. یکی از اصلی ترین موانع، هزینه بالای تولید سنسورهای نانویی است که در حال حاضر ساخت هر واحد از این دستگاه را به حدود ۲۰۰۰ دلار می رساند. محققان در حال کار بر روی روش های تولید انبوه هستند که می تواند این هزینه را تا ۹۰ درصد کاهش دهد. چالش دیگر، مصرف انرژی نسبتاً بالای سیستم است که به دلیل تراکم بالای سنسورها و نیاز به پردازش داده های پیچیده ایجاد شده است. تیم توسعه دهنده در حال آزمایش نسل جدیدی از باتری های انعطاف پذیر است که می تواند زمان کارکرد دستگاه را تا ۴۸ ساعت افزایش دهد.
از دیدگاه فنی، یکپارچه سازی این فناوری با سیستم های بیونیک موجود نیز چالش برانگیز است. بسیاری از پروتزهای امروزی از رابط های عصبی استفاده می کنند که با سیستم های لمسی سنتی سازگار هستند، اما ممکن است نیاز به بازطراحی داشته باشند تا با این فناوری پیشرفته تر کار کنند. محققان در حال توسعه استانداردهای جدیدی برای این منظور هستند که انتظار می رود تا پایان سال ۲۰۲۵ نهایی شود. با حل این چالش ها، پیش بینی می شود که این فناوری تا سال ۲۰۲۷ به بازار مصرف عمومی راه یابد و تحولی اساسی در نحوه تعامل انسان با دستگاه های دیجیتال ایجاد کند.
برای کسب اطلاعات و اخبار روز با ما در بیسلند همراه باشید.
