Осязание помогает нам в самых различных аспектах нашей человеческой деятельности. С помощью него мы можем брать различные предметы, не роняя и не разбивая их, да и при ходьбе, скажем, оно играет очень важную роль. Между тем в робототехнике этот канал информации почти не используется — все данные о внешности предметов механизмы получают с помощью камер. Группа ученых из Национального университета Сингапура (National University of Singapore, NUS) решила исправить этот недостаток — и с помощью процессора Intel Loihi добилась в том солидных успехов.

Свое изобретение ученые из NUS назвали Asynchronous Coded Electronic Skin (ACES) — его можно назвать экспериментальной искусственной нервной системой. ACES способна засекать прикосновения в 1000 раз быстрее своего прообраза — нервной системы человека. Даже при использовании большого количества сенсоров комплексу требуется менее 60 наносекунд для локализации физического контакта. ASEC определяет форму, текстуру поверхности и твердость прикасающегося объекта всего за 10 миллисекунд, в 10 раз быстрее моргания глаза.

В ходе первых экспериментов исследователи обучали систему понимать шрифт Брайля. Им удалось добиться точности в 92% при потреблении энергии в 20 раз меньшем, чем при использовании стандартного процессора фон Неймана. Далее объектами исследования стали более сложные пространственные предметы — контейнеры, заполненные разным количеством жидкости.

В ходе тестирования сигналы с сенсоров обрабатывались нейроморфным чипом Intel Loihi или традиционным GPU. Эксперименты показали, что использование датчиков прикосновения и спайковой нейронной сети на 10% увеличивает точность распознавания предметов по сравнению с видео данными. Сравнение же устройств обработки дало следующие результаты: для данного вида нагрузки Loihi на 21% производительнее топового GPU при потреблении в 45 раз меньшей энергии.

Напомним, что процессор Intel Loihi, архитектура которого схожа со строением человеческого мозга, представляет собой чип, выполненный по 14-нм техпроцессу и содержащий в себе 130 тысяч нейронов и 130 миллионов синапсов. Благодаря своему особенному устройству Loihi демонстрирует очень высокие показатели эффективности для определенного круга задач (алгоритмы разреженного кодирования, поисковые графы, задачи на удовлетворение ограничений и многие другие аспекты из AI-проблематики). Как раз то, что надо для работы с сенсорами прикосновения.

ACES — не первый апгрейд чувств роботов с помощью Intel Loihi. Ранее на Хабре уже писалось о совместном эксперименте Intel и исследователей из Корнеллского университета, в котором нейроморфный процессор использовался для определения запахов. Ценность такого решения также трудно переоценить: «искусственный нос» очень пригодится для детектирования ядовитых веществ.

Что же касается ACES, то работы в этом направлении помогут создать новое, более интеллектуальное и энергоэффективное поколение транспортных и промышленных роботов, хорошо представляющих себе окружающую обстановку, легко обучаемых и предсказуемых в различных штатных и нештатных ситуациях.