Чувства как у пауков могут помочь автономным машинам лучше видеть

В природе «паучьи чувства» активируются силой, связанной с приближающейся опасностью. Исследователи наделяют автономные машины той же способностью с помощью датчиков, которые меняют форму при появлении предопределенного искажения. Что случилось бы, если бы дроны и автомобили с автоматическим управлением имели чувства как у паука?

“На самом деле они могут лучше обнаруживать и избегать объекты” - говорит Андрес Арриета, доцент кафедры машиностроения в Университете Пердью, потому что они быстрее обрабатывают сенсорную информацию. Улучшенные возможности обнаружения позволят беспилотным летательным аппаратам перемещаться в опасных условиях, а автомобилям - предотвращать аварии, вызванные человеческими ошибками.

Современная сенсорная технология не обрабатывает данные достаточно быстро. И исследователям не нужно было бы создавать радиоактивного паука, чтобы дать автономным машинам способности как у супергероев.

Об устройстве

Нервные окончания - только обнаруживают и обрабатывают информацию, необходимую для выживания животного. Они бывают в виде волос, ресничек или перьев. «Уже есть данные, которые интеллектуальные системы могут собирать - и их скорость растет быстрее, чем те, которые могут обрабатывать традиционные вычисления», - говорит Арриета, чья лаборатория применяет принципы природы к проектированию конструкций, от роботов до крыльев самолета.

«Природа не собирает все данные, а фильтрует те что ей необходимы», - сказал он. Многие биологические сенсоры фильтруют данные - информацию, которую они получают из окружающей среды - в соответствии с пороговым значением, таким как изменения давления или температуры. Волосатые сенсоры паука, например, расположены на его ногах. Когда паутина вибрирует с частотой, связанной с добычей, сенсоры обнаруживают ее, генерируя рефлекс у паука, который затем реагирует очень быстро.

Механические сенсоры не будут обнаруживать более низкую частоту, такую как частота пыли, потому что это неважно для выживания паука. Идея заключалась бы в том, чтобы встроить аналогичные датчики прямо в корпус автономной машины, будь это крыло самолета или кузов автомобиля. Исследователи продемонстрировали в статье, опубликованной в ACS Nano, что сконструированные сенсоры, вдохновленные волосками пауков, могут быть настроены для обнаружения предопределенных сил.

В реальной жизни эти силы были бы связаны с определенным объектом, которого автономная машина должна избегать. Но разработанные ими датчики не просто чувствуют и фильтруют с очень высокой скоростью - они также не нуждаются в источнике питания. «Нет никакого различия между аппаратным и программным обеспечением в природе все это взаимосвязано», - сказала Арриета.

«Датчик предназначен для интерпретации данных, а также для их сбора и фильтрации». В природе, когда определенный уровень силы активирует рецепторы, связанные с волосяным сенсором, эти рецепторы вычисляют информацию, переключаясь из одного состояния в другое.

Новые датчики

Исследователи в сотрудничестве с Технологическим университетом Наньянга в Сингапуре и ETH Zürich разработали свои датчики, чтобы делать то же самое и использовать эти состояния включения / выключения для интерпретации сигналов. Интеллектуальная машина будет реагировать в соответствии с тем, что вычисляют эти датчики. По словам Арриеты, эти искусственные механосенсоры способны очень быстро распознавать, фильтровать и вычислять информацию.

Материал датчика предназначен для быстрого изменения формы при активации внешней силой. Изменение формы заставляет проводящие частицы в материале перемещаться ближе друг к другу, что позволяет электричеству течь через датчик и переносить сигнал. Этот сигнал сообщает, как должна реагировать автономная система. «С помощью алгоритмов машинного обучения мы могли бы научить эти датчики работать автономно с минимальным энергопотреблением», - сказала Арриета.

«Нет также никаких препятствий для производства этих датчиков разных размеров». Эта работа поддерживается при финансовой поддержке ETH Zürich и соответствует празднованию «Гигантские скачки в науке», признавая глобальные достижения университета в области искусственного интеллекта, алгоритмов и автоматизации в рамках 150-летия. Это одна из четырех тем ежегодного празднования фестиваля, призванного продемонстрировать как интеллектуальный центр, решающий реальные проблемы.