調節可能な(a)痛み伝達特性(b)痛み緩和特性(c)痛み敏感化特性=KAIST(c)KOREA WAVE
調節可能な(a)痛み伝達特性(b)痛み緩和特性(c)痛み敏感化特性=KAIST(c)KOREA WAVE

【11月16日 KOREA WAVE】痛みを感じるヒューマノイドは開発されるだろうか? 痛みは、生物が有害な刺激を感知して危険を回避させる役割を果たしている。

韓国科学技術院(KAIST)は15日、新素材工学科のキム・ギョンミン教授の研究チームが、痛みの刺激敏感度を調節できるニューロモルフィック(脳型)痛覚受容体素子を具現化したと明らかにした。

痛覚受容体は、刺激が一定の水位を超えると痛み信号を起こし、人体が刺激を回避するようにする。痛み信号を伝達する「興奮性神経伝達物質」と、外部刺激に対する臨界値を調整する「抑制性神経伝達物質」が互いに作用し、刺激に過度に敏感だったり鈍かったりしないようバランスを取っている。

このような感覚神経系の動作をする電子素子を開発する際、「興奮性神経伝達物質」の特性は比較的簡単に具現化できたが「抑制性神経伝達物質」による臨界値調節機能は具現化が難しかった。

研究チームは「メムリスタ」素子を活用して痛覚受容体素子を作った。「メムリスタ」は「メモリー(memory)」と「抵抗(resistor)」の合成語で、電流の流れによって抵抗が変化する素子だ。開発した素子は二重電荷電子層構造を持つ。異なる電荷貯蔵層がそれぞれ伝導性を調節し、興奮性や抑制性の神経伝達物質の役割を担う。

これにより、痛覚受容体の必須機能である痛み伝達特性、痛み緩和、痛み敏感化などの特性を調整した。神経系の動作原理を模倣し、神経系の複雑な機能を単純な構造の電子素子として具現化する方法を提示したと研究チームは説明した。

この素子は、温度による刺激に反応する温度受容体特性も見せた。抑制性状態を制御して単一素子が高温範囲と低温範囲を全て感知できる可変的温度受容体特性を具現化することができた。このような痛覚や温度受容体素子は、ヒューマノイドの皮膚に組み込まれ、人間のように刺激を感知するセンサーとして活用できる。

キム・ギョンミン教授は「このように臨界値を調節できる特性は感覚神経系の模写だけでなく臨界スイッチング特性を活用する保安素子や次世代コンピューティング素子にも活用できるだろう」と期待する。

今回の研究は韓国研究財団、ナノ総合技術院、KAIST、SKハイニックスの支援を受けて実施され、学術誌「アドバンスド マテリアルズ(Advanced Materials)」に掲載された。論文のタイトルは「Threshold Modulative Artificial GABAergic Nociceptor」。

(c)KOREA WAVE/AFPBB News