- 29,976
- 46
- 8 Ноя 2022
Исследователи превратили интерференцию на поверхности воды в вычислительную систему для объезда препятствий.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/671;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Роботом впервые напрямую управлял нейроморфный процессор, в котором решение формировала не обычная цифровая схема, а взаимодействие физических волн. В эксперименте система в реальном времени распознавала препятствия и выбирала манёвр для автономной машинки, а исследователи считают волновой подход возможной основой для компактных и экономичных роботизированных систем.
В опубликованной недавно работе вычислительным элементом служила вода. Исследователи собрали настольную установку с круглой металлической ёмкостью, шестью приводами и камерой. Приводы погружались в воду в заданные моменты и создавали волны, которые распространялись по поверхности, накладывались друг на друга и формировали сложный рисунок интерференции. Камера считывала получившийся узор, по которому система определяла нужное действие робота.
Такой принцип относится к резервуарным вычислениям . Вместо обучения огромного числа связей между искусственными нейронами используется сложная динамика одной физической среды. Внутреннее состояние такого «резервуара» не приходится полностью перенастраивать, обучение в основном затрагивает выходной слой, который связывает наблюдаемый отклик с нужным ответом.
Для задачи объезда препятствий модель робота получила шесть направленных вперёд датчиков расстояния. Каждый датчик выдавал одно из семи дискретных значений, поэтому система могла получить 7<sup>6</sup>, или 117 649, различных комбинаций входных сигналов. Значения кодировались временем запуска шести источников волн, после чего физическое взаимодействие волн преобразовывало входной набор в характерный пространственно-временной рисунок.
Исследователи постепенно усложняли задачу. В простейшем варианте система выбирала между остановкой и движением вперёд. Затем процессор определял, находится препятствие слева, справа или отсутствует, и выбирал направление поворота. В наиболее сложном тесте использовались пять вариантов реакции: резкий или плавный поворот влево и вправо в зависимости от расстояния до объекта, а также движение прямо. Авторы сообщают о почти безошибочном распознавании препятствий.
После проверки классификации вычислительную установку подключили к управлению движением в реальном времени. Волновая система сначала управляла виртуальной машинкой, а затем физической роботизированной платформой на базе Arduino. Во время движения датчики фиксировали препятствия, входные сигналы запускали соответствующие волны, а их интерференция определяла следующий манёвр. Таким образом, волновой резервуар использовался не просто для распознавания заранее подготовленных данных, а непосредственно участвовал в замкнутом контуре управления роботом.
Сам резервуар с водой, конечно, не предназначен для установки внутрь будущих роботов. Такая установка позволила исследователям наблюдать вычислительный процесс буквально глазами и проверить, может ли динамика волн решать задачу навигации. Главный интерес представляет возможность перенести тот же принцип в гораздо меньший твердотельный компонент.
Для следующего этапа авторы смоделировали магнитное наноустройство, где вместо волн на поверхности воды используются спиновые волны, то есть коллективные колебания магнитных моментов в материале. Расчёты показали, что электрически возбуждаемые спиновые волны способны выполнять те же задачи на гигагерцевых частотах и работать на наносекундных временных масштабах. Подобные системы относятся к направлению нейроморфных вычислений , где часть обработки информации передаётся непосредственно физике материала.
Однако твердотельный волновой процессор пока существует только в формате модли. Экспериментально исследователи продемонстрировали управление роботом с помощью водяного резервуара, но не готовый магнитный чип и не его преимущество по энергопотреблению в реальном устройстве. Работа показывает сам принцип: распространение и интерференция волн могут заменить часть вычислений, которые современные роботы обычно выполняют на цифровых процессорах и ускорителях.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/671;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Роботом впервые напрямую управлял нейроморфный процессор, в котором решение формировала не обычная цифровая схема, а взаимодействие физических волн. В эксперименте система в реальном времени распознавала препятствия и выбирала манёвр для автономной машинки, а исследователи считают волновой подход возможной основой для компактных и экономичных роботизированных систем.
В опубликованной недавно работе вычислительным элементом служила вода. Исследователи собрали настольную установку с круглой металлической ёмкостью, шестью приводами и камерой. Приводы погружались в воду в заданные моменты и создавали волны, которые распространялись по поверхности, накладывались друг на друга и формировали сложный рисунок интерференции. Камера считывала получившийся узор, по которому система определяла нужное действие робота.
Такой принцип относится к резервуарным вычислениям . Вместо обучения огромного числа связей между искусственными нейронами используется сложная динамика одной физической среды. Внутреннее состояние такого «резервуара» не приходится полностью перенастраивать, обучение в основном затрагивает выходной слой, который связывает наблюдаемый отклик с нужным ответом.
Для задачи объезда препятствий модель робота получила шесть направленных вперёд датчиков расстояния. Каждый датчик выдавал одно из семи дискретных значений, поэтому система могла получить 7<sup>6</sup>, или 117 649, различных комбинаций входных сигналов. Значения кодировались временем запуска шести источников волн, после чего физическое взаимодействие волн преобразовывало входной набор в характерный пространственно-временной рисунок.
Исследователи постепенно усложняли задачу. В простейшем варианте система выбирала между остановкой и движением вперёд. Затем процессор определял, находится препятствие слева, справа или отсутствует, и выбирал направление поворота. В наиболее сложном тесте использовались пять вариантов реакции: резкий или плавный поворот влево и вправо в зависимости от расстояния до объекта, а также движение прямо. Авторы сообщают о почти безошибочном распознавании препятствий.
После проверки классификации вычислительную установку подключили к управлению движением в реальном времени. Волновая система сначала управляла виртуальной машинкой, а затем физической роботизированной платформой на базе Arduino. Во время движения датчики фиксировали препятствия, входные сигналы запускали соответствующие волны, а их интерференция определяла следующий манёвр. Таким образом, волновой резервуар использовался не просто для распознавания заранее подготовленных данных, а непосредственно участвовал в замкнутом контуре управления роботом.
Сам резервуар с водой, конечно, не предназначен для установки внутрь будущих роботов. Такая установка позволила исследователям наблюдать вычислительный процесс буквально глазами и проверить, может ли динамика волн решать задачу навигации. Главный интерес представляет возможность перенести тот же принцип в гораздо меньший твердотельный компонент.
Для следующего этапа авторы смоделировали магнитное наноустройство, где вместо волн на поверхности воды используются спиновые волны, то есть коллективные колебания магнитных моментов в материале. Расчёты показали, что электрически возбуждаемые спиновые волны способны выполнять те же задачи на гигагерцевых частотах и работать на наносекундных временных масштабах. Подобные системы относятся к направлению нейроморфных вычислений , где часть обработки информации передаётся непосредственно физике материала.
Однако твердотельный волновой процессор пока существует только в формате модли. Экспериментально исследователи продемонстрировали управление роботом с помощью водяного резервуара, но не готовый магнитный чип и не его преимущество по энергопотреблению в реальном устройстве. Работа показывает сам принцип: распространение и интерференция волн могут заменить часть вычислений, которые современные роботы обычно выполняют на цифровых процессорах и ускорителях.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
