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新的“凝胶”可能会走向计算的服装

admin 发布于 2017-10-30 20:05   浏览 次  
根据一项新研究,可以进行模式识别的凝胶状材料可能是“计算材料”的重要一步,可能应用于“智能”服装或机器人的感测皮肤。

材料和计算机科学的最新进展促使研究人员超越了标准的硅基电子学,并利用材料的固有特性来创建材料本身是计算机的系统。

现在,匹兹堡大学的一个团队设计了一种材料,可以使用像心脏一样脉动的化学动力凝胶的振荡的变化来解决模式识别问题。[ 仿生人:十大技术 ]

匹兹堡大学化学教授教授安娜·巴拉兹(Anna Balazs)表示,计算的材料领域是全新的,但可以在“以人为本”的计算中有许多应用。

Balazs告诉Live Science,“人们正在努力摆脱传统的硬件,进入电脑,使其更加柔软,兼容的材料。” “我们正在努力向计算机方向移动,人们可以穿戴或互动,不需要大量的电子设备,这些电子产品是灵活的,对于压力敏感,因此可以衡量我们行为的变化。”

目前,“科学进步 ” 杂志今天(9月2日)发表的研究中描述的材料只是理论上的。该设计是使用理论和计算建模创建的,而且团队实际上并没有建立起来,尽管他们认为使用最先进的制造技术是可行的。

但巴拉兹说,研究已经建立了该领域的关键设计规则。材料的性质也意味着需要分析的图案可以通过压力,化学刺激或甚至光线进行输入,从而将其用于许多潜在的应用。

这些可能包括可以检测用户的步态是否改变的鞋垫,这可能是阿尔茨海默病的早期征兆,Balazs说。根据研究人员的说法,这种材料也可以用于开发可以感受不同触摸模式的机器人手臂的皮肤。

计算机科学博士生学者Yan Fang是新研究的主要作者,“希望能够完成传感器本身的部分计算,因此您不需要额外的处理器。

图表识别过程。
图表识别过程。
信:燕芳
材料的振荡是由于凝胶内部的化学反应导致当存在某些化学试剂时,其会不断膨胀和收缩。这些脉冲使得横跨凝胶的压电束弯曲并产生电压。压电材料响应于机械应力而发电。

当这种材料的多个单元接线时,这些电信号允许它们通信并同步其振荡。研究人员表示,这允许这些网络进行所谓的“基于振荡器的计算”,其操作比传统计算机更像人脑,而且擅长感知任务,如模式识别。[ 改变世界十大发明 ]

为了测试材料的能力,研究人员创建了三个网络,并将数字1,2和3的像素化图像代码编码到它们中。通过切换单元的连接方式,科学家可以分配+1或-1的电压,前者表示白色像素,后者表示黑色像素。

研究人员说,当向这些网络引入代表失真数1的模式时,它们逐渐同步其振荡并将输入模式转换为存储模式。

这种情况的发生取决于输入与存储的相似程度,所以存储1号图像的网络更快地转换。Balazs表示,这意味着由多个网络组成的系统可以通过检测哪一个转换速度最快来识别模式。

科罗拉多大学计算机科学助理教授Nikolaus Correll表示,这些系统在人体内很常见 例如,视网膜(人眼背面的感光膜)在发送给大脑之前进行计算以压缩信息。

“在Balasz论文中提出的计算超出了简单的信号处理,但实现了实际的分类,”Correll告诉Live Science。“在上面的生物系统中,这是在大脑中完成的,但是为什么不创建在信息发生时执行基本分类的人造系统?

纽约大学数学荣誉教授弗兰克·霍彭斯特德(Frank Hoppensteadt)也没有参与这项新研究,但是帮助开发了基于振荡器的计算概念,他将思想与振荡材料相结合的新研究似乎是一个自然的进化。

他说:“我们的大脑基于化学/电磁振荡,人们一直在弄清楚大脑如何执行计算和控制任务。” “我们的大脑有许多振荡器 - 神经元 - 主要以0到100 Hz的频率运行,然而,大脑执行惊人的计算,例如控制运动,预期和模式识别,挑战或超过运行的数字机器的性能在GHz的频率。
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