Когда дело доходит до спаривания, для бабочек Heliconius имеют значение две вещи: внешний вид и запах потенциального партнера. У черных и оранжевых бабочек невероятно маленький мозг, однако они должны обрабатывать оба сенсорных сигнала одновременно, а это больше, чем могут достичь современные технологии искусственного интеллекта (ИИ) без значительного потребления энергии.
Чтобы сделать ИИ таким же умным, как бабочки, группа исследователей из штата Пенсильвания создала мультисенсорную платформу ИИ, которая является более продвинутой и потребляет меньше энергии, чем другие технологии ИИ.
По словам исследователей, современные технологии искусственного интеллекта часто не могут имитировать мультисенсорные процессы принятия решений, которые используют люди и животные. Это может ограничить потенциал использования ИИ в робототехнике и интеллектуальных датчиках , которые обнаруживают такие опасности, как неисправные конструкции или неминуемые утечки химических веществ.
«Если вы думаете об искусственном интеллекте, который у нас есть сегодня, то у нас есть очень хорошие процессоры изображений, основанные на визуальных эффектах, или отличные языковые процессоры, использующие аудио», — сказал Саптарши Дас, доцент кафедры инженерных наук и механики и автор исследования, опубликованного в Advanced Materials.
«Но когда вы думаете о большинстве животных, а также о людях, принятие решений основано более чем на одном чувстве. Хотя ИИ довольно хорошо работает с одним сенсорным входом, с нынешним ИИ не происходит мультисенсорное принятие решений».
Бабочки Heliconius выбирают себе партнера по одновременному визуальному сигналу (видя, что рисунок крыльев потенциального партнера действительно принадлежит бабочке Heliconius) и химическому сигналу феромонов, выделяемых другой бабочкой. Следует отметить, сказал Дас, что бабочка справляется с этим с помощью крошечного мозга, который использует минимальное количество энергии. Это прямо противоположно современным вычислениям, которые потребляют значительное количество энергии.
«Мозг бабочек и многих других животных очень крошечный, и они используют мало ресурсов, как с точки зрения потребляемой энергии, так и с точки зрения физического размера мозга», — сказал Дас. «И тем не менее, они выполняют вычислительные задачи, которые полагаются на несколько сенсорных сигналов одновременно».
Чтобы имитировать это поведение электронным способом, исследователи обратились к возможному решению, включающему двумерные материалы толщиной от одного до нескольких атомов. Исследователи разработали аппаратную платформу, изготовленную из двух 2D-материалов: сульфида молибдена (MoS 2 ) и графена.
Часть аппаратной платформы MoS 2 представляет собой мемтранзитор, электронику, которая может выполнять как процессы памяти, так и информационные процессы. Исследователи выбрали MoS 2 из-за его светочувствительных способностей, которые имитируют зрительные способности бабочки.
Графеновая часть устройства представляет собой хемитранзистор, который может обнаруживать химические молекулы и имитировать обнаружение феромонов в мозгу бабочки.
«Визуальный сигнал и химический сигнал феромона определяют, будет ли самка бабочки спариваться с бабочкой-самцом или нет», — сказал соавтор Субир Гош, аспирант второго курса инженерных наук и механики.
«Итак, у нас возникла идея, вдохновленная этим, мы подумали, что у нас есть 2D-материалы с такими возможностями. Фоточувствительный MoS 2 и химически активный графен можно объединить, чтобы создать визуохимически-интегрированную платформу для искусственного интеллекта и нейроморфных вычислений».
Исследователи протестировали свое устройство, подвергая датчик из двух материалов воздействию света разного цвета, имитируя визуальные сигналы и применяя растворы с различным химическим составом, напоминающие феромоны, выделяемые бабочками.
Цель состояла в том, чтобы увидеть, насколько хорошо их датчик может интегрировать информацию как от фотодетектора, так и от хемисенсора, подобно тому, как успех спаривания бабочки зависит от совпадения цвета крыльев и силы феромонов.
Измерив выходной отклик, исследователи определили, что их устройства могут легко интегрировать визуальные и химические сигналы. По их словам, это подчеркивает потенциал их сенсора для одновременной обработки и интерпретации различных типов информации.
«Мы также внедрили адаптивность в схемы наших датчиков, так что один сигнал может играть более важную роль, чем другой», — сказал Икай Чжэн, аспирант четвертого курса инженерных наук и механики и соавтор исследования. «Эта адаптивность сродни тому, как самка бабочки корректирует свое брачное поведение в ответ на различные сценарии в дикой природе».
По словам исследователей, двойное зондирование в одном устройстве также более энергоэффективно по сравнению с нынешними методами работы систем искусственного интеллекта. Они собирают данные с различных сенсорных модулей, а затем передают их в модуль обработки, что может вызвать задержки и чрезмерное потребление энергии.
Далее исследователи заявили, что планируют перейти от интеграции двух чувств в свое устройство к трем, имитируя то, как раки используют визуальные, тактильные и химические сигналы для распознавания добычи и хищников. Цель — разработать аппаратные устройства искусственного интеллекта, способные обрабатывать сложные сценарии принятия решений в различных средах.
«Мы могли бы иметь сенсорные системы в таких местах, как электростанция, которые могли бы обнаруживать потенциальные проблемы, такие как утечки или сбои в системах, на основе множества сенсорных сигналов», — сказал Гош. «Например, химический запах, или изменение вибрации, или визуальное обнаружение слабых мест. Тогда это лучше поможет системе и персоналу определить, что им нужно сделать, чтобы быстро исправить проблему, потому что они полагаются не только на одно чувство, но и на несколько».
