處理器是計(jì)算機(jī)的大腦——一個(gè)經(jīng)常被引用的短語(yǔ)。但是處理器的工作方式與人腦有著根本的不同。晶體管通過(guò)電子信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算。相比之下，大腦與神經(jīng)細(xì)胞(即所謂的神經(jīng)元)一起工作，這些神經(jīng)細(xì)胞通過(guò)生物傳導(dǎo)路徑(即所謂的突觸)相連。在更高的層次上，大腦使用這種信號(hào)來(lái)控制身體并感知周圍環(huán)境。當(dāng)感知到某些刺激時(shí)，身體/大腦系統(tǒng)的反應(yīng)——例如，通過(guò)眼睛、耳朵或觸覺——是通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程觸發(fā)的。例如，孩子們學(xué)會(huì)不要兩次接觸熱爐：一個(gè)輸入刺激導(dǎo)致一個(gè)具有明確行為結(jié)果的學(xué)習(xí)過(guò)程。
與馬克斯普朗克聚合物研究所 Paul Blom 部門組長(zhǎng) Paschalis Gkoupidenis 合作的科學(xué)家們現(xiàn)在以簡(jiǎn)化的形式應(yīng)用了通過(guò)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的基本原理，并使用所謂的有機(jī)神經(jīng)形態(tài)電路引導(dǎo)機(jī)器人穿過(guò)迷宮.這項(xiàng)工作是埃因霍溫大學(xué)、斯坦福大學(xué)、布雷西亞大學(xué)、牛津大學(xué)和 KAUST 大學(xué)之間的廣泛合作。
“我們想使用這個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)置來(lái)展示這種‘有機(jī)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備’在現(xiàn)實(shí)世界中的強(qiáng)大功能，”Gkoupidenis 小組和 TU Eindhoven(van de Burgt 小組)的博士生 Imke Krauhausen 說(shuō)，并且科學(xué)論文的第一作者。
為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在迷宮內(nèi)的導(dǎo)航，研究人員將來(lái)自環(huán)境的傳感信號(hào)輸入到智能自適應(yīng)電路中。迷宮走向出口的路徑在每個(gè)迷宮相交處以視覺方式指示。最初，機(jī)器人經(jīng)常會(huì)誤解視覺符號(hào)，從而在迷宮中做出錯(cuò)誤的“轉(zhuǎn)彎”決定，交叉并迷失了出去的路。當(dāng)機(jī)器人做出這些決定并遵循錯(cuò)誤的死胡同時(shí)，不鼓勵(lì)通過(guò)接收糾正刺激來(lái)做出這些錯(cuò)誤的決定。例如，當(dāng)機(jī)器人撞到墻壁時(shí)，矯正刺激會(huì)通過(guò)連接到機(jī)器人的觸摸傳感器感應(yīng)的電信號(hào)直接施加到有機(jī)電路上。隨著實(shí)驗(yàn)的每次后續(xù)執(zhí)行，機(jī)器人逐漸學(xué)會(huì)在相交處做出正確的“轉(zhuǎn)彎”決策，即避免接受糾正性刺激，經(jīng)過(guò)幾次嘗試后，它找到了走出迷宮的路。這個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程只發(fā)生在有機(jī)自適應(yīng)電路上。
“我們很高興看到機(jī)器人可以通過(guò)在一個(gè)簡(jiǎn)單的有機(jī)電路上學(xué)習(xí)，在跑了幾次之后穿過(guò)迷宮。我們?cè)谶@里展示了第一個(gè)非常簡(jiǎn)單的設(shè)置。然而，在遙遠(yuǎn)的未來(lái)，我們希望有機(jī)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備也可用于本地和分布式計(jì)算/學(xué)習(xí)。這將為現(xiàn)實(shí)世界的機(jī)器人技術(shù)、人機(jī)界面和即時(shí)診斷應(yīng)用開辟全新的可能性。用于快速原型設(shè)計(jì)和教育的新型平臺(tái)，在交叉點(diǎn)材料科學(xué)和機(jī)器人技術(shù)，也有望出現(xiàn)。”格庫(kù)皮迪尼斯說(shuō)。
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