08/03/2016 - Europäische Forscher kommen bei der Schaffung eines voll funktionsfähigen Robotergeruchs voran

Menéame

Das Projekt BIOMACHINEARNING hat ein neuromorphes Netzwerk zur Erkennung von Gerüchen entwickelt, das mit einer Hardware arbeitet, die in der Lage sein wird, Informationen in Echtzeit von elektrischen Gassensoren zu erhalten. Dieser Schritt ist wichtig für die Schaffung eines kostenwirksamen, tragbaren und voll funktionsfähigen Robotergeruchs, der in Bereichen eingesetzt werden kann, die so unterschiedliche Themen wie Landwirtschaft (Überwachung der Fruchtreife), Medizin (Diagnostik der Krankheiten) oder Lebensstil (Bestimmen des Namens eines Parfüms während einer Arbeitsvertreibung) betreffen.

Eine Seelenverwandte

Eine der wichtigsten Herausforderungen bei der Entwicklung der elektronischen Geruchstechnik war die Erhöhung der Genauigkeit und Geschwindigkeit der Geruchserkennung und ihrer Identifizierung. Das Projektteam analysierte Daten von elektronischen Gassensoren und stellte eine unerwartete Entdeckung dar. Durch naturinspirierte Signalverarbeitungstechniken konnten die Sensoren das Signal auf ein Niveau erweitern, das hoch genug war, um durch Turbulenzen bedingte Schwankungen der Gaskonzentrationen zu unterscheiden.

Die Turbulenzen sind ein allgegenwärtiges Phänomen bei der Gaserkennung, und die durch dieses Phänomen hervorgerufenen Schwankungen der Gaskonzentrationen verbergen eine enorme Menge an Informationen. Michael Schmuker, führender Projektforscher. ● Wenn wir uns beispielsweise in der Nähe einer Gasquelle befinden, werden diese durch Turbulenzen ausgelösten Veränderungen in sehr kurzer Zeit vorgenommen. Wenn wir weggehen, sind die Veränderungen weniger ausgeprägt und viel langsamer. Dies ist seit Jahrzehnten bekannt, aber man glaubte, dass hoch entwickelte und schnelle Sensoren notwendig sind, um diese leichten Unterschiede zu unterscheiden.

Das Projektteam stellte jedoch fest, daß diese schnellen Konzentrationsveränderungen mit preiswerten Sensoren, die bereits kommerziell verfügbar sind, und mit einer geeigneten Signalverarbeitungsmethode erkannt werden können. Schmuker.

Eine bioinspirierte Technologie zum Aufspüren und Sortieren von Gerüchen

Mit dieser Technologie in Ihrer Macht, Dr. Schmuker und seine Kollegen arbeiteten daran, ein bioinspiriertes System zu erzeugen, mit dem Gerüche schnell und präzise sortiert und erkannt werden können.

Die Projektmethode zur Erweiterung des Signals der Gassensoren wird von neuronalen Mechanismen inspiriert. Die Neuronen reagieren stärker auf schnelle Veränderungen der synaptischen Signale, was bedeutet, dass sie eine große Anpassungsfähigkeit besitzen. ● Die entwickelte Signalverarbeitungsmethode funktioniert sehr ähnlich wie ein Neuron, das sich an jede synaptische Situation anpassen kann. Schmuker.

Neuronen tauschen Informationen über kurze Aktivitätsimpulse aus, die als Spitzen bezeichnet werden, eine Methode, die viel wirksamer sein könnte als der konstante numerische Austausch, der auf konventionellen Computern stattfindet. Das Projekt verwendet spezielle neuromorphe Hardware (Siliziumchips, die Hunderte oder sogar Tausende von elektronischen Neuronen enthalten), um die Berechnung von Spitzen zu beschleunigen und die Zellkreisläufe präzise zu modellieren, ohne die Rechenleistung zu verlieren.

Das Geruchssortiernetz nimmt als Modell die Art und Weise an, wie das Gehirn der Insekten den Geruchssinn verarbeitet. Die Eingabedaten (Sensorenwerte) werden in virtuellen Duftrezeptoren kodiert und anschließend in einem streng modellierten Netzwerk gemäß einer Komponente des Insekten-Ruchsystems, dem Antennenlappen, verarbeitet. Dies ist ein entscheidender Schritt, um die Gerüche richtig zu erkennen.

Neuromorphe Hardwaresysteme

Das Projekt wurde von zwei gut funktionierenden neuromorphen Hardware-Systemen genutzt. Die Netze zur Erkennung von entwickelten Gerüchen wurden auf beiden Plattformen erfolgreich installiert.

Die Wirksamkeit dieser Systeme ist auf ihre extrem lähmende Architektur zurückzuführen. Dr. Schmuker. Wenn ein geeignetes Netz vorhanden ist, könnten diese Systeme ebenso wirksam sein wie herkömmliche Computer bei der Erkennung von Mustern, aber bei einem deutlich geringeren Energieverbrauch. Er wies auch darauf hin, dass viele wichtige Technologieunternehmen weltweit mit der Einführung dieser Technologie beginnen, was darauf hindeutet, dass die neuromorphe Computing ein integraler Bestandteil der IT-Infrastruktur in der Industrie ist.

Nächste Schritte

Das Projektteam hat ein großes Interesse daran, ein mit neuromorpher Hardware ausgestattetes Robotergeruchsystem physisch in einen Automat zu integrieren, das Gerüche erkennt und/oder von diesem aus ausgerichtet ist. ● Diese Art von konzeptuellen Prototypen stellt meines Erachtens den ersten Schritt dar, um potenzielle Geschäftspartner anzuziehen, die an der Integration unserer Ergebnisse in ihre Produkte interessiert sind. Schmuker.

Dr. Schmuker hat auch seine langfristige Vision für diese Technologie gezeichnet: ● Ich glaube, dass elektronische Geruchsstoffe genauso verbreitet werden wie Kameras und Mikrofone [...]. Die elektronische Geruchstechnologie braucht nicht viel Energie, und ihre gute Erkennungsleistung bietet die Möglichkeit, die chemischen Elemente unserer umgebenden Umgebung viel besser kennenzulernen.

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