Ερευνητές από την Κίνα παρουσίασαν μια τεχνολογική καινοτομία που υπόσχεται να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο οι μηχανές αντιλαμβάνονται τον κόσμο, χαρίζοντας στα ρομπότ αντανακλαστικά που ξεπερνούν κατά πολύ τις ανθρώπινες δυνατότητες.
Σύμφωνα με νέα μελέτη, μια ομάδα επιστημόνων ανέπτυξε ένα νευρομορφικό τσιπ εμπνευσμένο από τη βιολογία του ανθρώπινου εγκεφάλου, το οποίο επιτρέπει στα συστήματα όρασης να επεξεργάζονται την κίνηση έως και 400% ταχύτερα σε σύγκριση με τις υπάρχουσες μεθόδους.
Η συγκεκριμένη εξέλιξη έρχεται να δώσει λύση σε ένα από τα πιο επίμονα προβλήματα της σύγχρονης ρομποτικής: την καθυστέρηση (latency) στην επεξεργασία της εικόνας. Μέχρι σήμερα, ακόμη και τα πιο προηγμένα αυτόνομα συστήματα χρειάζονταν πολύτιμα χιλιοστά του δευτερολέπτου για να αναλύσουν το περιβάλλον τους, χρόνος που σε κρίσιμες καταστάσεις – όπως στην αυτόνομη οδήγηση – μπορεί να αποβεί μοιραίος.
Μιμούμενο το ανθρώπινο οπτικό σύστημα
Η καινοτομία της ερευνητικής ομάδας, με επικεφαλής επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Beihang και το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Πεκίνου, έγκειται στην αρχιτεκτονική του νέου επεξεργαστή. Αντί να βασίζεται στην παραδοσιακή μέθοδο όπου οι κάμερες καταγράφουν και επεξεργάζονται ολόκληρα καρέ εικόνας (frames) διαδοχικά, το νέο τσιπ λειτουργεί με βάση τις αρχές της «νευρομορφικής μηχανικής».
Συγκεκριμένα, η συσκευή μιμείται τη λειτουργία του Πλάγιου Γονατώδους Πυρήνα (LGN - Lateral Geniculate Nucleus), μιας κρίσιμης δομής στον ανθρώπινο εγκέφαλο που λειτουργεί ως ενδιάμεσος σταθμός και «φίλτρο» μεταξύ του αμφιβληστροειδούς και του οπτικού φλοιού. Το LGN βοηθά τον εγκέφαλο να εστιάζει επιλεκτικά σε αλλαγές και κίνηση, αγνοώντας τις στατικές πληροφορίες που δεν έχουν άμεση σημασία.
Εφαρμόζοντας αυτή τη λογική στο πυρίτιο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ειδικούς «συναπτικούς τρανζίστορ». Αυτά τα στοιχεία επιτρέπουν στο σύστημα να εντοπίζει αστραπιαία τις αλλαγές στη φωτεινότητα και να απομονώνει τις λεγόμενες «Περιοχές Ενδιαφέροντος» (Regions of Interest - ROIs). Πρακτικά, αυτό σημαίνει ότι το ρομπότ δεν σπαταλά υπολογιστικούς πόρους αναλύοντας το στατικό φόντο (π.χ. έναν τοίχο ή τον ουρανό), αλλά διοχετεύει όλη του την επεξεργαστική ισχύ αποκλειστικά στο αντικείμενο που κινείται.
Επιδόσεις που σπάνε τα κοντέρ
Τα αποτελέσματα των δοκιμών, όπως περιγράφονται στη δημοσίευση με τίτλο "Ultrafast visual perception beyond human capabilities enabled by motion analysis using synaptic transistors", είναι εντυπωσιακά. Το σύστημα πέτυχε επιτάχυνση της διαδικασίας όρασης κατά 4 φορές (400%) σε σχέση με τους συμβατικούς αλγορίθμους οπτικής ροής.
Ακόμη πιο σημαντική είναι η μείωση της καθυστέρησης επεξεργασίας κατά 75%. Σε σενάρια προσομοίωσης αυτόνομης οδήγησης και πλοήγησης drones, αυτή η ταχύτητα μεταφράζεται σε άμεση αντίδραση. Για παράδειγμα, ένα αυτοκίνητο εξοπλισμένο με αυτό το τσιπ θα μπορούσε να εντοπίσει έναν πεζό που πετάγεται στο δρόμο και να ενεργοποιήσει τα φρένα πολύ πιο γρήγορα από ό,τι ένας έμπειρος οδηγός ή τα σημερινά συστήματα υποβοήθησης.
Επιπλέον, το hardware επέδειξε εξαιρετική αντοχή και ενεργειακή αποδοτικότητα. Οι ερευνητές αναφέρουν ότι τα συναπτικά τρανζίστορ διατηρούν τις πληροφορίες για περισσότερα από 10.000 δευτερόλεπτα χωρίς παροχή ενέργειας και παραμένουν λειτουργικά μετά από χιλιάδες κύκλους χρήσης, στοιχείο που εγγυάται τη μακροζωία του συστήματος σε βιομηχανικές συνθήκες.
Από τη θεωρία στην πράξη: Αυτόνομα οχήματα και βιομηχανία
Οι εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας εκτείνονται σε όλο το φάσμα της σύγχρονης βιομηχανίας. Στον τομέα των αυτόνομων οχημάτων, η ικανότητα αντίληψης κινδύνων σε πραγματικό χρόνο, ακόμη και σε υψηλές ταχύτητες, αποτελεί προϋπόθεση για την πλήρη αυτονομία.
Αντίστοιχα, στη βιομηχανική ρομποτική, οι βραχίονες που χρησιμοποιούνται σε γραμμές παραγωγής θα μπορούν να διαχειρίζονται αντικείμενα που κινούνται γρήγορα ή ακανόνιστα με ακρίβεια που σήμερα φαντάζει ακατόρθωτη. Ακόμη και η αλληλεπίδραση ανθρώπου-ρομπότ (HRI) αναμένεται να επωφεληθεί, καθώς τα ρομπότ θα μπορούν να αντιλαμβάνονται τις λεπτές και γρήγορες κινήσεις ή τις χειρονομίες των ανθρώπων πιο φυσικά και άμεσα.
Το μέλλον της μηχανικής όρασης
Η δημοσίευση υπογραμμίζει ότι βρισκόμαστε μπροστά σε μια σημαντική στροφή. Η απομάκρυνση από την παραδοσιακή αρχιτεκτονική των υπολογιστών (von Neumann) προς συστήματα που μιμούνται τη βιολογική λειτουργία του εγκεφάλου φαίνεται πως είναι ο δρόμος για τη δημιουργία πραγματικά έξυπνων μηχανών.
Το νευρομορφικό αυτό τσιπ δεν αποτελεί απλώς μια βελτίωση στα σημεία, αλλά μια θεμελιώδη αλλαγή παραδείγματος. Καθώς η τεχνολογία ωριμάζει και περνά από τα εργαστήρια στην μαζική παραγωγή, είναι πιθανό να δούμε συσκευές που όχι μόνο βλέπουν τον κόσμο όπως εμείς, αλλά τον αντιλαμβάνονται με ταχύτητες που το ανθρώπινο μάτι αδυνατεί να παρακολουθήσει.
