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计算机芯片是如何在未来的科技中有嗅觉的?

来源:本文章来源于网络    时间:2020-05-16 13:04:52   

最近,自然-机器智能杂志报道了英特尔与康奈尔大学科学家合作建立数学算法的工作。在研究人员的指导下,Loihi很快掌握了10种不同气味的神经表达。

Nabilimam是英特尔研究所神经模拟小组的高级研究科学家,他与美国康奈尔大学的嗅觉神经生理学家合作。拥有神经模拟计算博士学位的伊玛目解释道:康奈尔大学的研究人员负责研究动物的生物嗅觉系统,并在动物闻到气味时测量脑电波活动。根据这些电路图和电脉冲,我们导出了一套算法,并在神经模拟芯片上进行了配置,特别是在Loihi测试芯片上。。

英特尔研究所(IntelInstitute)科学家纳比里曼(Nabilimam)在加州圣克拉拉的神经模拟实验室(NimicryLab)里拿着一个Loihi神经模拟测试芯片。他和美国康奈尔大学(CornellUniversity)的一个团队正在计算机芯片上建立数学算法,以模拟人们闻到气味时大脑神经网络的反应。(图片来源:waldenkirsch/Intel)

Loihi是Intel的神经模拟芯片,它可以将生物大脑中的计算原理应用到计算机体系结构中。

神经模拟是如何利用人脑作为模型的?

我们如何辨别气味?如果你捡起一个葡萄柚并闻到它,水果分子就会刺激鼻腔中的嗅觉细胞。鼻腔中的细胞会立即向你的大脑嗅觉系统发送信号,在这个系统中,一组相连的神经元中的电脉冲会产生气味。无论你闻到葡萄柚、玫瑰或有害气体的气味,大脑中的神经网络都会产生特定于物体的感觉。同样,你的视觉和听觉、记忆、情感和决策都有自己的神经网络,所有这些都是以特定的方式计算出来的。

伊玛目和他的团队使用了72种化学传感器活动的数据集,对在风洞实验中循环的10种气体(气味)作出反应。传感器对各种气味的响应被传送到Loihi,Loihi通过芯片电路模拟气味背后的大脑回路。Loihi芯片很快掌握了包括丙酮、氨气和甲烷在内的10种气味的神经特征,即使存在强烈的环境干扰,也可以识别这些气味。虽然你家里的烟雾和一氧化碳传感器可以用传感器来检测气味,但它们不能区分气味;虽然一旦检测到有害分子,它们就会警告空气中的有害分子,但它们不能智能地对它们进行分类。

伊玛目说,多年来,化学传感领域一直在寻找智能、可靠和快速响应的化学传感处理系统,即电子鼻系统。他看到了带有神经模拟芯片的机器人在环境监测、有害物质检测和工厂质量控制方面的潜力。此外,该系统还可用于医疗诊断,因为某些疾病散发出特定的气味。另一个例子是,带有神经模拟芯片的机器人可以在机场安全区域更有效地识别危险物质。

伊玛目说:我的下一个计划是将这种方法扩展到更广泛的应用,从感官场景分析(理解你观察到的各种物体之间的关系)到抽象问题,比如规划和决策。了解大脑中的神经网络如何解决这些复杂的计算问题,将为设计高效、强大的机器智能提供重要的灵感。

在嗅觉方面有一些挑战,伊玛目说。当你走进杂货店时,你可能闻到草莓的味道,但这种气味可能与蓝莓或香蕉的气味相似,它们在大脑中触发了非常相似的神经活动模式。有时候,人类甚至很难分辨它是一种水果的气味,还是一种混合的味道。当这个系统闻到意大利和加利福尼亚草莓的味道时,可能会出现错误。这两种草莓可能有不同的香味,但它们需要归入同一类别。

这些是我们目前在嗅觉信号识别研究中面临的挑战,我们期待着在未来几年内解决这些挑战,以便这些产品能够解决现实世界的问题,而不仅仅是实验室演示的实验问题,伊玛目说。

在伊玛目看来,他的作品是在神经科学和人工智能技术交叉领域进行的当代研究的典范。

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