科学家利用神经拟态芯片给机器人“造皮”
发布时间：2020-07-29 发布者：亚时财经
人们对于机器人的印象很多都是身躯冰冷的金属机械体，无论其智能如何发展，其身体还是与人有本质区别，毕竟钢铁不像血肉那样能够有“触感”。但近日新加坡国立大学（NUS）的研究人员就利用神经拟态芯片开发了一款人造皮肤，让机器人能够拥有触感。
（图源：新加坡国立大学）
在新一期的《机器人技术：科学与系统》杂志上，新加坡国立大学（NUS）的研究人员利用英特尔神经拟态芯片Loihi开发了一种人造皮肤，能够让机器人以比人类感觉神经系统快1000倍的速度检测触觉，并且在识别物体的形状、质地和硬度方面，可以比人类眨眼速度快10倍。
为机器人赋予触觉可以大大改善其功能，并扩展其使用范围。例如配备有人造皮肤的机械臂可以很容易地适应工厂生产的商品的变化，利用触感来识别和抓住不熟悉的物体，并施加适当的压力以防止打滑；应用到外科手术的机器人中，能让其更好地处理手术流程，甚至达到手术的自动化。
对于人造皮肤的实现，最为重要的就是处理数据的芯片。要满足人造皮肤的应用场景，芯片必须能根据皮肤的感官数据实时得出准确的结论，同时足够节能，可以直接部署在机器人内部。NUS研究的团队成员之一、材料科学与工程系助理教授Benjamin Tee表示，用英特尔Loihi等神经拟态芯片对AI皮肤系统进行了独特研究，为实现能效和扩展性迈出了重要一步。
据悉，Loihi是由英特尔实验室设计的一种神经拟态研究测试芯片，它使用异步尖峰神经网络（SNN）来实现自适应自修改事件驱动的细粒度并行计算，提高机器学习和推理的效率。人脑的工作方式是通过脉冲或尖峰传递信息，使用SNN的Loihi芯片可以模拟人脑的工作方式。英特尔的Loihi芯片具有13万个人工神经元和1.3亿个突触。其灵活的架构支持多种事件驱动的自学习模式。
英特尔中国研究院院长宋继强在第十五届“开源中国开源世界”高峰论坛上称，目前理想的一种计算方式是能够类似人脑，在低能耗的条件下完成多个不同种类的任务，同时又能够支持扩展，而英特尔在神经拟态计算领域已经取得了瞩目的进展，那就是神经拟态芯片Loihi。
在最初的实验中，研究人员使用配有人造皮肤的机械手读取盲文，将触觉数据通过云传递给Loihi，以将手感觉到的微突转化为语义。在对盲文字母进行分类上，Loihi达到了92%以上的准确率，而功耗却比标准的冯·诺依曼处理器低20倍。
在此基础上，研究人员进一步提高了机器人的感知能力，他们让机械手通过人造皮肤和相机提供的画面来对装有不同量液体的各种不透明容器进行分类。还测试了机器人系统感知和识别旋转滑移的能力，证明该系统可以在0.08s内准确检测到旋转滑移。
这些结果表明，通过尖峰神经网络（SNN）将基于事件的视觉和触觉相结合，比单独使用视觉数据的准确性提高10％。在性能方面，Loihi处理传感数据的速度比性能最佳的GPU高21％，而功耗却低了45倍。
研究团队成员之一、NUS计算机学院助理教授Harold Soh表示，这表明神经拟态系统有希望结合多传感器，解决机器人感知能力难题，也意味着团队朝着制造节能而且值得信赖的机器人又迈出了一步，这种机器人能够在意外情况下迅速、恰当地做出反应。
责任编辑：Carrick
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