Une main robotique « ressent » la douleur et ignore les contacts inoffensifs

Au cœur du développement conjoint de l’intelligence artificielle et des avancées robotiques, la mise au point de technologies permettant aux robots de percevoir et de réagir efficacement à leur environnement, à l’instar des humains, est devenue une tâche cruciale. Dans ce contexte, des chercheurs coréens attirent l’attention pour avoir récemment mis en œuvre un système nerveux sensoriel artificiel qui imite celui des organismes vivants, sans recourir à des logiciels ou circuits complexes. Cette technologie révolutionnaire devrait être appliquée dans des domaines tels que les robots ultra-miniaturisés et les prothèses robotiques, où des réactions intelligentes et économes en énergie aux stimuli externes sont essentielles.

Le KAIST (Institut supérieur coréen des sciences et technologies) a annoncé le 15 juillet qu’une équipe de recherche conjointe, dirigée par le professeur titulaire Shinhyun Choi de l’École de génie électrique du KAIST, et le professeur Jongwon Lee du Département de convergence des semi-conducteurs de l’Université nationale de Chungnam, a développé un système nerveux sensoriel artificiel de nouvelle génération, basé sur un semi-conducteur neuromorphique. Ce système imite les fonctions du système nerveux sensoriel des êtres vivants et permet un nouveau type de robot capable de répondre efficacement aux stimuli extérieurs

Dans la nature, les animaux – y compris les humains – ignorent les stimuli sûrs ou familiers et réagissent de manière sélective à ceux qui sont importants ou dangereux. Cette réponse sélective permet d’éviter une consommation d’énergie inutile tout en maintenant une vigilance rapide face aux signaux critiques. Par exemple, le bruit d’un climatiseur ou le frottement des vêtements sur la peau deviennent vite familiers et sont ignorés.

En revanche, si quelqu’un vous appelle par votre nom ou si un objet pointu touche votre peau, une réaction rapide se déclenche. Ces comportements sont régulés par les fonctions de « l’habituation » et de « la sensibilisation » du système nerveux sensoriel. De nombreuses tentatives ont été faites pour reproduire ces fonctions dans des robots, afin qu’ils puissent réagir efficacement à leur environnement comme le font les humains.

Cependant, la reproduction de caractéristiques neuronales complexes telles que l’habituation et la sensibilisation dans les robots s’est heurtée à des difficultés liées à la miniaturisation et à l’efficacité énergétique, en raison de la nécessité de logiciels séparés ou de circuits complexes. En particulier, certaines tentatives ont porté sur l’utilisation de memristors, des semi-conducteurs neuromorphiques.

Un memristor est un composant électrique de nouvelle génération, largement utilisé comme synapse artificielle grâce à sa capacité à stocker des valeurs analogiques sous forme de résistance. Cependant, les memristors existants étaient limités dans leur capacité à imiter les caractéristiques complexes du système nerveux, car ils ne permettaient que des changements simples et monotones de conductivité.

Pour surmonter ces limites, l’équipe de recherche a développé un nouveau memristor capable de reproduire des schémas de réponse neuronale complexes comme l’habituation et la sensibilisation, au sein d’un seul dispositif. En introduisant une couche supplémentaire à l’intérieur du memristor, capable de modifier la conductivité dans des directions opposées, le dispositif peut imiter plus fidèlement les comportements dynamiques des synapses d’un véritable système nerveux par exemple, diminuer sa réponse à des stimuli sûrs répétés, mais retrouver rapidement sa sensibilité lorsqu’un signal de danger est détecté.

Grâce à ce nouveau memristor, les chercheurs ont construit un système nerveux sensoriel artificiel capable de reconnaître le toucher et la douleur, qu’ils ont intégré à une main robotique pour tester ses performances. Lorsqu’un stimulus tactile inoffensif a été appliqué de façon répétée, la main robotique, qui réagissait au départ de manière sensible à ce stimulus inconnu, a progressivement présenté un comportement d’habituation en l’ignorant.

Plus tard, lorsque les mêmes stimuli ont été associés à une décharge électrique, la main a perçu cela comme un signal de danger et a présenté un comportement de sensibilisation, en redevenant réactive. Ainsi, il a été démontré expérimentalement que des robots peuvent réagir de manière efficace aux stimuli, comme les humains, sans avoir besoin de logiciels ou processeurs complexes, validant ainsi la possibilité de développer des robots bio-inspirés économes en énergie.