像蜘蛛一样的感觉可以帮助自动机器更好地看清
发布时间:2020-05-06 11:21:08 【来源:】
如果无人机和自动驾驶汽车具有蜘蛛侠刺痛的“蜘蛛般的感觉”怎么办?
普渡大学机械工程学助理教授安德烈斯·阿里埃塔(Andres Arrieta)说,它们实际上可能会更好地检测和避开物体,因为它们可以更快地处理感官信息。
更好的传感能力将使无人机能够在危险环境中航行,而汽车则可以防止人为错误造成的事故。当前最先进的传感器技术无法足够快地处理数据-但是自然可以做到。
研究人员不必制造放射性蜘蛛就可以为自主机器提供超级英雄感测能力。
取而代之的是,普渡大学的研究人员建立了受蜘蛛,蝙蝠,鸟类和其他动物启发的传感器,它们的实际蜘蛛感是与称为机械感受器的特殊神经元有关的神经末梢。
神经末梢-机械传感器-仅检测和处理对动物生存至关重要的信息。它们以头发,纤毛或羽毛的形式出现。
Arrieta说:“智能系统可以收集的数据已经爆炸式增长,而且这种速率的增长速度快于传统计算所能处理的速度。”他的实验室将自然原理应用于结构设计,包括机器人飞机的机翼。
他说:“自然不必收集每条数据;它可以过滤出所需数据。”
许多生物机械传感器会根据阈值(例如压力或温度的变化)来过滤数据(即它们从环境中接收到的信息)。
例如,蜘蛛的多毛机械传感器位于其腿上。当蜘蛛网以与猎物或伴侣相关的频率振动时,机械传感器会对其进行检测,从而在蜘蛛中产生反射,然后反射很快。机械传感器不会检测到较低的频率,例如网上的灰尘,因为它与蜘蛛的生存无关紧要。
想法是将类似的传感器直接集成到自动机的外壳中,例如飞机机翼或汽车车身。研究人员在ACS Nano上发表的一篇论文中证明,受蜘蛛毛启发而设计的机械传感器可以进行定制,以检测预定的力。在现实生活中,这些力将与自主机器需要避免的某个物体相关联。
但是他们开发的传感器不仅能够以非常快的速度进行感应和滤波,而且还可以进行计算,而无需电源。
Arrieta说:“硬件和软件在本质上没有区别;它们都是相互联系的。”“传感器旨在解释数据,以及收集和过滤数据。”
实际上,一旦特定水平的力激活了与毛发机械传感器相关的机械感受器,这些机械感受器就会通过从一种状态切换到另一种状态来计算信息。
普渡大学的研究人员与新加坡南洋理工大学和苏黎世联邦理工学院合作设计了它们的传感器,以实现相同的功能,并使用这些开/关状态来解释信号。然后,智能机器将根据这些传感器的计算结果做出反应。
这些人造机械传感器由于具有刚性,因此能够非常快速地进行感应,过滤和计算,Arrieta说。传感器材料设计为在受到外力作用时迅速改变形状。形状的变化会使材料中的导电粒子彼此靠近,然后使电流流过传感器并传送信号。该信号通知自治系统应如何响应。
Arrieta说:“借助机器学习算法,我们可以训练这些传感器以最小的能耗自动运行。”“制造各种尺寸的传感器也没有障碍。”
这项工作得到了苏黎世联邦理工学院和普渡大学的财政支持,并与普渡大学的“大跃进”庆典保持一致,并承认该大学在普渡150周年之际在人工智能,算法和自动化方面取得了全球性进步。这是为期一年的庆祝活动思想节的四个主题之一,旨在向人们展示普渡大学作为解决现实世界问题的知识中心。
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