Hämähäkin aisteja autonomisille koneille

05.06.2019

Purdue-spider-aistit-koneille-anturi-225-t.jpgLuonnossa "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

16.01.2020Laskentaa molekyyleillä
16.01.2020Konenäölle nyt myös konesilmät
14.01.2020Piin kvanttibiteillä uusiin ulottuvuuksiin
13.01.2020Uusi menetelmä kestäville GaN-transistoreille
10.01.2020Hiukkaskiihdytin mikropiirille
09.01.2020Biologista energiantuottoa
08.01.2020Kvanttiteleportaatio piifotonisella sirulla
07.01.2020Kohti spintronisia MRAM-muisteja
07.01.2020Tehokas litium-rikki akku
03.01.2020Pieniä parannuksia litiumioni-akuille
02.01.2020Kvanttimateriaalia vaikkapa naamiointiin
02.01.2020Perovskiiteistä löytyy yllätyksiä
31.12.2019Lämpökytkin polymeeristä
30.12.2019Elektroniikka valon nopeudella
23.12.2019Turvallista ja käytännöllistä viestintää
20.12.2019Ferrosähköisyys yhdistää transistorit ja muistit
19.12.2019Kytkettäviä plasmoneja muoveihin
18.12.2019Magnonit töihin
17.12.2019Lämmönsiirtoa tyhjyyden läpi
16.12.2019Nailon ja taivutus vauhdittavat orgaanista elektroniikkaa
13.12.2019Viat saattavat tehostaa akkuja
12.12.2019Hiili ja pii jakavat ja yhdistävät fotoneja
11.12.2019Timanttien avulla parempia superkonkkia
10.12.2019Sähköis-optista tietotekniikkaa
09.12.2019Lämpösähköä hiilinanoputkilla
09.12.2019Valokuitua selluloosasta
05.12.2019Näppärä terahertsinen tekniikka
04.12.2019Palamattomia litium-akkuja
03.12.2019Bittejä ja simulointia atomien mittakaavassa
02.12.2019Metallijohde Cooperin pareilla
29.11.2019Plasmoniikan avulla edullinen monispektrikamera
28.11.2019Hiilinanoputket pääsevät vauhtiin
27.11.2019Löytö ferrosähköisissä tuplaa potentiaalin
26.11.2019Antenni lämpösäteilylle
25.11.2019Jatkuvuutta Mooren laille
22.11.2019Skyrmioneja huonelämpötilassa
21.11.2019Hukkalämpö sähköksi uusin keinoin
20.11.2019Keinotekoiset lehdet tuottavat kaasua ja nesteitä
18.11.2019Fotonikytkin CMOS-piireille
15.11.2019Parempia langattomia anturitekniikoita
13.11.2019Uudenlaisia fotonisia nestekiteitä
12.11.2019Onnistumisia orgaanisissa
11.11.2019Kohti älykkäitä mikrorobotteja
09.11.2019Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus
08.11.2019Jäähdytystekniikkaa 3D-elektroniikalle vaikka avaruuteen
07.11.2019Uusia tiloja grafeenin taikakulmassa
06.11.2019Kohti antiferromagneettisia muisteja
05.11.2019Muuntaa 2D-tasot pehmeiksi ja joustaviksi 3D-rakenteiksi
04.11.2019Tarkempia kiderakenteita ja proteiineja aurinkokennoihin
01.11.2019Kvanttiakussa ei synny häviöitä
31.10.2019Keinoja ja visioita 2D-materiaalien käytölle
30.10.2019Käteviä ADC- ja DAC-muuntimia IoT-aikakaudelle
29.10.2019Kvanttipisteitä edullisesti ja tarkasti
25.10.2019Paljonko on kvanttilaskennan ylivoima?
24.10.2019Tehokkaampia superkondensaattoreita
23.10.2019Uudenlaisia kalvoja hiilinanoputkista
22.10.2019Valolla kohti huonelämpöistä kvanttitietokonetta
21.10.2019Japanissa kokeiltiin petabitin verkkoyhteyksiä
18.10.2019Suprajohtavuutta moduloiden
17.10.2019Spin- ja varausvirran hallintaa
16.10.2019Spektrometriaa sirupiirillä
15.10.2019Uusia ulottuvuuksia printtielektroniikalle
14.10.2019Löytö energiatehokkaalle elektroniikalle
11.10.2019Pikotiedettä ja uusia materiaaleja
10.10.2019Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua
09.10.2019Koneoppiminen etsii uusia materiaaleja
08.10.2019Parhaat kahdesta maailmasta: Magnetismi ja Weyl -puolimetallit
07.10.2019Tehokkaampaa energian keruuta IoT-antureille
04.10.2019Uusia kierrätyskelpoisia akkukonsepteja
03.10.2019Supratekniikalla tehokkaampaa tietotekniikkaa
02.10.2019Paramagneettiset spinit tuottavat sähköä lämmöstä
01.10.2019Kolme kertaa parempi infrapunailmaisin
30.09.2019Yksisuuntainen radiotie synteettisellä Hall-efektillä
27.09.2019Katsaus kvanttilaskennan tekniikoihin
27.09.2019Muistipiirejä ilman kerrosrakennetta
25.09.2019Ennätysmäisiä aurinkokennoja
24.09.2019Topologinen eriste fotonien reitittäjäksi
23.09.2019Köyhän miehen kubitti
20.09.2019Kaksiulotteisia spin transistoreita ja muuntimia
19.09.2019Valokiteiden valmistus ja hallinta
18.09.2019Kaksi vapausastetta
17.09.2019Epätavallista magneettista käyttäytymistä
16.09.2019Nanolangat korvaavat lasiprismat
13.09.2019Tehokkaampaa sähköpolttoaineiden tuotantoa
12.09.2019Ensimmäinen monimutkainen kvanttiteleportaatio
11.09.2019Energian talteenottoa piipiiriltä
10.09.2019Uudenlainen pinnoite litium-metalli akuille
09.09.2019Uusi eristetekniikka pienemmille siruille
06.09.2019Hiilinanoputkia ja grafeenia
05.09.2019Nikkelioksidistako suprajohde?
04.09.2019Metamateriaaleja ja magnoniikkaa
03.09.2019Gallium-oksidi tehotransistoreita ennätysarvoilla
02.09.2019Muutos magneetissa itsessään
30.08.2019Transistori pellavalangasta
29.08.2019Robotti ottaa ajotarkkuuden hallintaansa
28.08.2019Enemmän irti MEMS-tekniikasta
27.08.2019Ensimmäinen havainto eksitonisesta eristeestä
26.08.2019Opto-elektroninen siru jäljittelee hermosoluja
23.08.2019Valoa vangiten ja suunnaten
22.08.2019Navigoi ja paikallista kuin pöllö

Näytä lisää »