Hämähäkin aisteja autonomisille koneille

Luonnossa "hämiksen tunto" aktivoituu lähestyvään kohteeseen liittyvällä voimalla. Tutkijat antavat itsenäisille koneille saman kyvyn antureiden kautta, jotka muuttavat muotoa, kun niihin syntyy sysäys ennalta määrätyllä voimatasolla. (ETH Zürich-kuvat / Hortense Le Ferrand)

Entä jos droneilla ja itsekulkevilla autoilla oli hämähäkkimäisiä antureita? Ne saattaisivat todellakin havaita ja välttää esineitä paremmin koska ne käsittelisivät aistinvaraista informaatiota nopeammin, sanoo Purdue-yliopiston konepajaprofessorina toimiva Andres Arrieta.

Paremmat tunnistamismahdollisuudet mahdollistaisivat sen, että drone voi navigoida vaarallisissa ympäristöissä ja autoissa estää inhimillisten virheiden aiheuttamia onnettomuuksia. Nykyinen huipputeknologia ei käsittele dataa tarpeeksi nopeasti - mutta luonto käsittelee.

Purduen tutkijat ovat rakentaneet hämähäkkien, lepakoiden, lintujen ja muiden eläinten innoittamia antureita, joiden todelliset aistit ovat hermopäätteitä, jotka liittyvät erityisiin neuroneihin, joita kutsutaan mekanoreseptoreiksi.

Mekanosensorit havaitsevat ja käsittelevät vain eläimen selviytymiseen välttämättömiä tietoja. Ne syntyvät hiusten, karvojen tai höyhenten avulla.

Älykkäiden järjestelmien keräämän datan määrä on kasvamassa nopeammin kuin mitä tavanomainen tietojenkäsittely voi käsitellä. Luonnon ei tarvitse kerätä kaikkia dataa; se hyödyntää vain tarvitsemansa, toteavat tutkijat.

Esimerkiksi hämähäkin karvaiset mekanosensorit sijaitsevat sen jaloissa. Kun hämähäkin verkko värähtelee saaliin tai kumppaniin liittyvällä taajuudella, mekanosensorit havaitsevat sen, tuottaen refleksin, johon hämähäkki sitten reagoi hyvin nopeasti. Mekaaniset sensorit eivät havaitsisi matalampaa taajuutta, kuten pölyä verkossa, koska se ei ole tärkeä hämähäkin selviytymiselle.

Ajatuksena olisi integroida samanlaiset anturit suoraan autonomisen koneen kuoreen, kuten lentokoneen siipeen tai auton runkoon. Tutkijat osoittivat, että hämähäkkien karvojen innoittamana suunnitellut mekanosensorit voidaan räätälöidä ennalta määrättyjen voimien havaitsemiseksi.

Anturit, joita tutkijat kehittivät, eivät ainoastaan tunne ja suodata erittäin nopeasti - ne myös laskevat eivätkä tarvitse virtalähdettä.

”Luonnossa laitteiden ja ohjelmistojen välillä ei ole eroa; se on kaikki toisiinsa yhteydessä ”, Arrieta selvittää. ”Anturin on tarkoitus tulkita informaatiota sekä kerätä ja suodattaa sitä.”

Luonnossa, kun tietty voimataso aktivoi karvaiseen mekanosensoriin liittyvät mekanoreseptorit, ne laskevat informaation siirtymällä tilasta toiseen.

Purduen tutkijat suunnittelivat yhteistyössä Singaporen Nanyangin teknillisen yliopiston ja ETH Zürichin kanssa antureitaan samoin ajatuksin ja käyttäen näitä päälle/pois -tiloja tulkitsemaan signaaleja. Älykäs kone reagoisi sitten näiden anturien laskennan mukaan.

Nämä keinotekoiset mekanosensorit kykenevät havaitsemaan, suodattamaan ja laskemaan hyvin nopeasti, koska ne ovat jäykkiä, Arrieta kuvailee. Anturimateriaali on suunniteltu muuttamaan muotoa nopeasti ulkoisen voiman avulla. Muodon muuttaminen saa materiaalin johtavat hiukkaset lähemmäksi toisiaan, mikä mahdollistaa sähkön virtauksen anturin läpi ja kuljettaa signaalin. Tämä signaali informoi miten autonomisen järjestelmän pitäisi vastata.

”Koneoppimisen algoritmien avulla voisimme kouluttaa näitä antureita toimimaan itsenäisesti ja pienimmällä energiankulutuksella”, Arrieta toteaa.

Aiheesta aiemmin:

Keinotekoinen ihon kaltainen hermojärjestelmä

Herkempiä sähköisiä tuntoaisteja