Tekoälyä monisensorisella integroidulla neuronilla

Kissan turkin tunnustelu voi paljastaa jotain informaatiota mutta kissan näkeminen antaa tärkeitä yksityiskohtia: onko kyseessä kotikissa vai leijona?

Biologisten panosten yhteissumma voi olla suurempi kuin niiden yksittäiset panokset. Siitä inspiroituneina Penn Staten tutkijat ovat hyödyntäneet tätä biologista konseptia monisensorisen integroidun neuronin kehittämiseksi.

Esimerkiksi autossa voi olla yksi anturi, joka etsii esteitä, kun taas toinen tunnistaa pimeyden säätäen ajovaloja. Näistä kumpikin välittävät tietonsa keskusyksikköön, joka sitten ohjaa autoa jarruttamaan tai säätämään ajovaloja. Antureiden kommunikointi suoraan toistensa kanssa voi olla tehokkaampaa energian ja nopeuden suhteen – varsinkin kun molempien tulot ovat heikkoja.

Tutkijatiimi kehitti kosketusanturin ja visuaalisen anturin integroinnin siten, että toisen anturin lähtö muokkaa toista visuaalisen muistin avulla. Tohtoriopiskelija Muhtasim Ul Karim Sadafin mukaan jopa lyhytaikainen valon välähdys voi parantaa merkittävästi mahdollisuuksia onnistua liikkumaan esimerkiksi pimeässä huoneessa.

"Tämä johtuu siitä, että visuaalinen muisti voi myöhemmin vaikuttaa ja auttaa navigoinnin kosketusvasteita", Sadaf toteaa. "Tämä ei olisi mahdollista, jos visuaalinen ja tuntemuksemme vastaisivat vastaaviin unimodaalisiin vihjeisiinsä vain yksin. Meillä ihmisillä on valokuvamuistiefekti, joka muistaa. Yhdistimme tämän mahdollisuuden laitteeseemme transistorin kautta, joka antaa saman vasteen."

Tutkijat valmistivat monisensorisen neuronin yhdistämällä tuntoanturin fotomemtransistoriin, joka perustuu MoS2 yksikerrosyhdisteeseen. Anturi tuottaa sähköpiikkejä tavalla, joka muistuttaa informaatiota käsitteleviä neuroneja, jolloin se voi integroida sekä visuaalisia että kosketuksellisia signaaleja. Kosketussyötön simuloimiseksi tuntoanturi hyödyntää tribosähköistä vaikutusta kosketusärsykkeitten koodamiseksi sähköisiksi impulsseiksi.

Visuaalisen syötteen simuloimiseksi tutkijat loistattivat valolla yksikerroksista molybdeenidisulfidista valomemtransistoria – tai transistoria, joka muistaa visuaalisen syötteen, kuten se kuinka henkilö voi muistaa huoneen yleisen järjestyksen kun salama on valaissut huonetta.

Tutkijat havaitsivat, että neuronin sensorinen vaste - simuloituna sähköisenä ulostulona - lisääntyi, kun sekä visuaalinen että tuntemussignaali olivat heikkoja.

Tutkijoiden mukaan keinotekoinen monisensorinen neuronijärjestelmä voisi parantaa anturiteknologian tehokkuutta ja tasoittaa tietä ympäristöystävällisemmälle tekoälylle. Tämän seurauksena robotit, droonit ja itseohjautuvat ajoneuvot voisivat navigoida ympäristössään tehokkaammin ja samalla kuluttaa vähemmän energiaa.

Tutkijoiden mukaan multisensorisen integraation periaatteet voidaan laajentaa visuotaktiilisen tiedonkäsittelyn myös muihin aistiärsykkeisiin, kuten ääni-, haju-, lämpö- ja makuärsykkeet.

Aiheesta aiemmin:

Piin ja neuronin fuusio

Pienemmän tehonkäytön neuroverkkoja

Kvanttimemristori ja neurolaskennan laajennus