Искусственный интеллект может превзойти человеческий мозг

Ощупывание кошачьей шерсти может дать некоторую информацию, но увидеть животное — это решающий момент: домашняя кошка или лев? Звук потрескивания костра может быть неоднозначным, но его запах подтверждает наличие горящих дров.

Наши органы чувств взаимодействуют друг с другом для получения полного представления, особенно если отдельные сигналы очень тонкие. Коллективная сумма биологических сигналов может быть больше, чем их индивидуальный вклад. Роботы, как правило, следуют более простому принципу сложения, но исследователи из Университета Пенсильвании использовали эту биологическую концепцию для применения в искусственном интеллекте (ИИ), разработав первый искусственный мультисенсорный интегрированный нейрон.

Под руководством Саптарши Даса (Saptarshi Das), доцента кафедры инженерных наук и механики в Penn State, группа исследователей опубликовала свою работу 15 сентября в журнале Nature Communication.

Роботы принимают решения в зависимости от окружающей среды, но их датчики, как правило, не общаются друг с другом, — говорит Дас, который также имеет совместные должности в области электротехники и материаловедения и инженерии.

Коллективное решение может быть принято с помощью блока обработки данных датчиков, но является ли это наиболее эффективным или действенным методом? В человеческом мозге одно чувство может влиять на другое и позволять человеку лучше оценивать ситуацию.

Например, в автомобиле один датчик сканирует препятствия, а другой определяет темноту, чтобы регулировать интенсивность света фар. По отдельности эти датчики передают информацию на центральный блок, который затем дает команду автомобилю затормозить или отрегулировать свет фар. По мнению Das, этот процесс потребляет больше энергии. Если позволить датчикам напрямую взаимодействовать друг с другом, то это будет более эффективно с точки зрения энергопотребления и скорости работы — особенно если входные сигналы от обоих датчиков слабые.

Биология позволяет маленьким организмам процветать в среде с ограниченными ресурсами, минимизируя при этом потребление энергии, — говорит Дас, который также работает в Институте исследования материалов.

Требования к различным датчикам зависят от условий — в темном лесу вы будете больше полагаться на слух, чем на зрение, но мы не принимаем решений, основываясь только на одном чувстве. Мы полностью ощущаем окружающую обстановку, и принятие решений основано на интеграции того, что мы видим, слышим, осязаем, обоняем и т.д. В биологии органы чувств развивались вместе, а в искусственном интеллекте — по отдельности. В данной работе мы стремимся объединить датчики и имитировать работу нашего мозга.

Команда сосредоточилась на интеграции тактильного и визуального сенсоров таким образом, чтобы выход одного сенсора изменял другой с помощью визуальной памяти. По словам Мухтасима Уль-Карима Садафа, аспиранта третьего года обучения по специальности «инженерные науки и механика», даже кратковременная вспышка света может значительно повысить вероятность успешного перемещения по темной комнате.

Это объясняется тем, что зрительная память может впоследствии влиять на тактильные реакции и помогать им в навигации, — говорит Садаф.

Все это было бы невозможно, если бы наша зрительная и тактильная кора реагировали только на свои унимодальные сигналы. У нас есть эффект фотопамяти, когда свет светит, и мы можем вспомнить. Мы реализовали эту способность в устройстве на транзисторе, которое обеспечивает такой же отклик.

Исследователи изготовили мультисенсорный нейрон, соединив тактильный датчик с фототранзистором на основе монослоя дисульфида молибдена — соединения, обладающего уникальными электрическими и оптическими характеристиками, полезными для обнаружения света и поддержки транзисторов. Датчик генерирует электрические импульсы, напоминающие нейроны, обрабатывающие информацию, что позволяет ему интегрировать как визуальные, так и тактильные сигналы.

Это равноценно тому, как если бы вы увидели «включенную» лампочку на плите и почувствовали тепло, исходящее от конфорки — если вы видите включенную лампочку, это еще не означает, что конфорка горячая, но руке достаточно ощутить наносекунду тепла, чтобы организм отреагировал и отдернул руку от потенциальной опасности. Поступление света и тепла запускает сигналы, которые вызывают реакцию руки. В данном случае исследователи измеряли версию искусственного нейрона, наблюдая за выходом сигналов, возникающих при визуальном и тактильном воздействии.

Для имитации осязательных сигналов в тактильном датчике использовался трибоэлектрический эффект, при котором два слоя, скользя друг по другу, вырабатывают электричество, то есть осязательные стимулы кодируются в электрические импульсы. Для имитации визуального сигнала исследователи светили светом на монослойный фототранзистор из дисульфида молибдена — транзистор, способный запоминать визуальный сигнал, подобно тому, как человек запоминает общую планировку комнаты после того, как ее быстро осветит вспышка.

Они обнаружили, что сенсорный ответ нейрона — моделируемый как электрический выход — увеличивается при слабых зрительных и тактильных сигналах.

Интересно, что этот эффект удивительно хорошо перекликается с его биологическим аналогом — зрительная память естественным образом повышает чувствительность к тактильным стимулам», — говорит соавтор исследования Наджам У Сакиб, аспирант третьего года обучения по специальности «инженерные науки и механика».

Когда сигналы слабы, необходимо их объединить для лучшего восприятия информации, что мы и наблюдали в полученных результатах.

Дас пояснил, что искусственная система мультисенсорных нейронов может повысить эффективность сенсорных технологий, открывая путь к более экологичному использованию ИИ. В результате роботы, беспилотники и самоуправляемые автомобили смогут более эффективно ориентироваться в окружающей среде, потребляя при этом меньше энергии.

Супер-аддитивное суммирование слабых визуальных и тактильных сигналов — главное достижение нашего исследования, — заключает соавтор Эндрю Панноне, докторант четвертого курса факультета инженерных наук и механики.

В данной работе мы рассматривали только два органа чувств. Мы работаем над тем, чтобы определить подходящий сценарий для включения дополнительных органов чувств и посмотреть, какие преимущества они могут дать.

16.09.2023


Подписаться в Telegram



Net&IT

Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее

Несколько лет назад исследователи Массачу...

Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам
Ученые приблизились к более легким и гибким оптоэлектронным устройствам

Органические оптоэлектронные устройства, такие...

PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить
PNAS Nexus: ИИ пока еще далеко до человеческих способностей мыслить

Атанасиос С. Фокас рассматривает актуальный во...

Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания
Nature: ИИ генерирует белки с исключительной прочностью связывания

В новом исследовании, опубликованном 18 декабр...

Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей
Nature Computational Science: ИИ может предсказывать события в жизни людей

Искусственный интеллект, разработанный для&nbs...

Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности
Nature Electronics: Изменение памяти дает новые вычислительные возможности

Ученые Рочестерского университета разработали ...

Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта
Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта

Многофункциональные компьютерные чипы эволюцио...

Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»
Началась регистрация на конкурс «Битва искусственных интеллектов»

Стартовал отборочный этап Международного техно...

ИИ помогает математикам находить закономерности
ИИ помогает математикам находить закономерности

Применение машинного обучения для поиска ...

Scientific Reports: Борьба с недоверием в Интернете может быть неэффективной
Scientific Reports: Борьба с недоверием в Интернете может быть неэффективной

Новое исследование, проведенное Университетом ...

JRCS: ChatGPT перегружает пользователей выбором
JRCS: ChatGPT перегружает пользователей выбором

За последние несколько лет в области...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса