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

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
21.08.2019Uusia puolijohteita tehoelektroniikkaan
20.08.2019Biohajoavia mikroresonaattoreita
19.08.2019Uutta tekniikkaa aurinkosähkölle
16.08.2019E-tekstiilejä ja metamateriaaleja
15.08.2019Valoa nanopiireille
14.08.2019Tehokkaampia kvanttiantureita
13.08.2019Tsunami mikropiirillä
12.08.2019Tekniikkaa kuudennen sukupolven verkoille
09.08.2019Kvanttimikrofonista kvanttitietokoneeseen
08.08.2019Paksummat OLEDit parantavat näyttötekniikkaa
07.08.2019Älylasi, joka ei tarvitse sähköä
06.08.2019Sähköä ruosteen avulla
05.08.2019Erittäin ohuita transistoreita
01.08.2019Spinvirta välittää käyttövoimaa
26.07.2019Dramaattista lisäystä aurinkokennoihin
19.07.2019Luminenssilamput kehittyvät
12.07.2019Atomista audiotallennusta
04.07.2019Valosähköisiä nanoputkia
03.07.2019Informaation teleporttausta timantissa
02.07.2019Orgaanisia katodeja tehokkaille akuille
28.06.2019Spintroniikkaa ja muistitekniikkaa
27.06.2019Edistysaskeleita kvanttitietotekniikalle
26.06.2019Oksidimateriaalit kaupallistuvat
25.06.2019Lasertekniikalla grafeenia hyötykäyttöön
24.06.2019Ionitekniikkaa kondensaattoreihin
20.06.2019Tehokkaampia tehopiiritekniikoita
19.06.2019Uutta tekniikkaa 2D-materiaalin venytyksellä
18.06.2019Bioparisto IoDT-sovelluksille
17.06.2019Uusia ovia nanofotoniikan maailmaan
14.06.2019Biologian avulla sähkö varastoon ja hiili kiertoon
13.06.2019Orgaaniset laserdiodit unelmasta todellisuuteen
12.06.2019Uusia ominaisuuksia elektroniikalle
11.06.2019Uusi laite pakkaa enemmän valokuituun
10.06.2019Tutkijat yrittävät luoda ihmisen kaltaista koneajattelua
07.06.2019Vaihtoehtoja elektroniikan vauhdittamiseen
06.06.2019Hiiliseostus muuttaa puolijohtavaa 2D-materiaalia
05.06.2019Hämähäkin aisteja autonomisille koneille
04.06.2019Elektronin geometria määritelty
03.06.2019Fyysikot löytäneet uudenlaisia spin-aaltoja
30.05.2019Pesunkestävää kangaselektroniikkaa
29.05.2019Uusia ratkaisuja kaoottisille värähtelypiireille
27.05.2019Magneettista oppimista tietojenkäsittelyyn
24.05.2019Auttaa robotteja muistamaan
23.05.2019Ultrapuhdas valmistustapa 2D-transistoreille
22.05.2019Erittäin nopeita magneettisia muisteja
21.05.2019Happea akkujen kehitykseen
20.05.2019Neulanreiät hologrammeja tuottamaan
17.05.2019Lasketaan nopeammin kvasihiukkasilla
16.05.2019Kondensaattoreita tulostamalla
15.05.2019Kvanttitietotekniikkaa grafeenin ja piin avulla
14.05.2019Suurtaajuussiirto tehostuu grafeenilla
13.05.2019Aivomaista tietotekniikkaa
11.05.2019Kvanttitason mittauksia
09.05.2019Tehokkaampia muistimateriaaleja
08.05.2019Lämpösähköä spinien tasolta
07.05.2019Suurin ja nopein optinen kytkinpiiri
06.05.2019Tehokkaita lämpöjohteita nanoelektroniikalle
03.05.2019Monenlaista ledien värien hallintaa
02.05.2019Staattinen negatiivinen kondensaattori
30.04.2019Kompaktia pitkäaaltoista viestintää
29.04.2019Nanoklustereista puolijohteita
26.04.2019Uudenlainen spintransistori
25.04.2019Aurinkoa seuraten
24.04.2019Kvanttimateriaali aivojen kaveriksi
23.04.2019Uusia rakenteita Litium-ioni akuille
18.04.2019Spinaaltoja nanoelektroniikkaan
17.04.2019Huonelämpötilassa toimivia keinotekoisia atomeja
16.04.2019Uusi ihmemateriaali: yksittäisiä 2D-fosforeeninauhoja
15.04.2019Eksoottisia kvanttivaikutuksia
12.04.2019Fononeja suunnaten ja laseroiden
11.04.2019Kuparipohjainen vaihtoehto kullalle
09.04.2019Vanhassa vara parempi
08.04.2019Mainostilan esittely
08.04.2019Tehokkaita ledejä nanolangasta
05.04.2019Nanogeneraattori kankaalle 3D-tulostuksella
03.04.2019Topologiaa valoaalloille
02.04.2019Kolme mittausta yhdellä selluanturilla
01.04.2019Monipuolisia orgaanisia transistoreita
29.03.2019Kvanttisimulointia valolla
28.03.2019Sähköä syöviä mikrobeja
27.03.2019Proteiini tarjoaa vaihtoehtoja ionijohteille
26.03.2019Metamateriaali ratkoo yhtälöitä
25.03.2019Molekyylimoottorit toimivat yhdessä

Näytä lisää »