生物電子-具有交叉模式整合和識別的生物啟發式多感覺神經網絡

2021-02-19 WEST可穿戴電子

視覺,觸覺,聽覺,嗅覺和味覺在人類多感覺神經網絡中的集成和交互作用促進了高級認知功能,例如跨模態集成,識別和想像力,以準確評估和全面理解多模態世界。


芬蘭阿爾託大學Sebastiaan van DijkenHongwei Tan課題組合作報導了一個由生物啟發的多感覺神經網絡,該網絡集成了人工視覺,傳入,聽覺和模擬的嗅覺和味覺感覺神經。藉助分布式多個傳感器和仿生分層體系結構,該系統不僅可以感知,處理和存儲多模式信息,而且可以在硬體和軟體級別融合多傳感器數據。使用交叉模態學習,該系統能夠交叉模態識別和想像多模態信息,例如在手寫輸入時可視化字母,識別多模態視覺/氣味/趣味信息或在聽其描述時想像從未看過的圖片。該多傳感器神經網絡為機器人的感知和感知提供了一種有前途的方法。



圖1:人和人工多感覺神經網絡的示意圖。

圖2:人工視覺系統中受生物啟發的感覺門控

圖3:具有跨峰整合的生物啟發式多感覺神經元。

圖4:觸覺-視覺交叉模式識別。

圖5:聽覺-視覺/氣味/口味跨模式識別和想像力。



作者提出了一個人工的多感覺神經網絡系統(MseNN),該系統將五種人工感覺與多模式感測,峰值編碼,憶阻處理和交叉模式識別相集成。MSeNN使用多個傳感器進行感測,使用尖峰對傳感器信息進行編碼,並使用光電憶阻器陣列在硬體級別上解釋,過濾,集成和存儲多傳感器信息。光電憶阻器陣列的內置內存和信息過濾屬性有助於對ANN進行有監督的訓練,該訓練可在五種感官之間建立關聯,從而實現高級認知功能,包括在觸覺或音頻輸入時對視覺/氣味/味覺信息進行交叉模式識別,以及聽到從未描述過的圖片時的交叉模式想像力。儘管與生物系統相比,這些演示很簡單,但是該MSeNN系統的層次結構,原理概念和認知功能可以直接擴展到其他感官集成,從而為機器人感應和認知提供了一種有希望的策略。


【參考文獻】

https://www.nature.com/articles/s41467-021-21404-z#Abs1

【相關閱讀】

氣體傳感-基於比色條形碼組合和深度卷積神經網絡的可攜式食品新鮮度檢測平臺

二維器件-用於人工神經網絡的高密度憶阻陣列的晶圓級集成

.

WEST可穿戴電子微信群開通。歡迎加入、推薦、分享和交流,謝謝!

該平臺免費提供相關領域的論文宣傳和招生招聘,有興趣請關注訂閱號給小編留言或者郵件聯繫 E-mail:wonger.west@gmail.com


相關焦點

  • GoogLeNet神經網絡的複雜交叉路口識別方法
    Parameter of the sample area, resolution, and size1.4 樣本的增強要訓練具有22層結構的GoogLeNet深度神經網絡,數據量是基礎。即使本文將全國多個城市的OSM交通數據作為訓練複雜交叉路口樣本的採樣源,樣本量仍不夠充足。為此,本文通過對樣本進行處理和變換來擴充訓練數據容量。
  • 怎樣辨別生物和人工神經網絡中的遞歸?
    遞歸是神經網絡中的一個重要術語,在機器學習和神經科學領域有著不同的含義。然而,隨著用於實際應用的人工神經網絡(ANNs)越來越複雜,且在某些方面更像生物神經網絡(BNNs),這種差異正在逐漸縮小(但總體上仍存在巨大差異)。
  • 人造感覺神經:以類似於生物神經的方式發揮作用,實現「機器觸覺...
    這些龐大的信息需要通過神經網絡傳送:神經信號通過局部神經簇傳到脊髓並最終傳到大腦。只有當信號足夠強時,信息才能在傳輸過程中成功連接起來。(也可稱為人造傳入神經),能夠以類似於生物神經的方式發揮作用,感知觸摸過程並與其他神經溝通。
  • 具有自學習能力的全光尖峰神經突觸網絡
    當這些硬體連接到網絡或神經形態系統時,它們處理信息的方式更類似於大腦。在這裡,我們提出了一個全光學版本的神經突觸系統,能夠監督和非監督學習。利用波分復用技術實現了一種可擴展的光子神經網絡電路結構,成功地在光學領域實現了模式識別。這種光子神經突觸網絡有望獲得光學系統固有的高速和高帶寬,從而能夠直接處理光學通信和視覺數據。
  • 莊鎮泉——中國科學技術大學——神經網絡,遺傳算法等計算智能方法...
    職稱: 教授       招生專業: 研究領域: 神經網絡,遺傳算法等計算智能方法及其在圖象處理、生物特徵識別、量子神經網絡方面的應用;數據挖掘、知識發現、移動Agent等分布式人工智慧技術及其在電子商務
  • 腦科學日報:神經網絡如何識別和編碼性別?墮胎藥可延長果蠅壽命
    1,Neuron | 洪暐哲團隊揭示大腦中的神經網絡如何識別和編碼性別來源:BioArt7月13日,加州大學洛杉磯分校(UCLA)洪暐哲教授的研究團隊在Neuron雜誌發表了題為Cortical Representations
  • 果蠅的視覺模式識別具有視網膜位置不變性
    摘要 2004年8月13日出版的Science發表了由生物物理研究所主持、與德國沃爾茲堡大學合作完成的"果蠅視覺模式識別具有視網膜位置不變性"的研究成果。本文介紹了該項成果的研究背景、意義、主要創新點及方法。
  • 最強大腦皮層神經網絡重建 揭哺乳動物最大神經線路圖
    對於從生物神經網絡中不斷學習的人工神經網絡大趨勢裡,這是第一個裡程碑事件。」所以這究竟是一項怎樣的突破性研究?首次揭秘哺乳動物大腦神經元連接哺乳動物的大腦皮層是一個非常複雜的神經過程網絡:又長又薄,有分支,而且非常密集。
  • 基於憶阻器的神經網絡應用研究
    憶阻器作為電子突觸器件主要包括以下幾個特點: (1)具有良好的生物突觸特性模擬性。中國臺灣清華大學的張孟凡教授研究組[28]利用1T1R器件陣列和65nm CMOS工藝的控制和讀出電路的集成實現了一個1Mb的憶阻存算一體處理器,可同時實現神經網絡的模擬計算和可重構邏輯的數字計算,同時利用了憶阻器件的多值突觸特性和二值阻變特性,充分展示了憶阻突觸器件在神經形態計算應用中的優勢。
  • 《自然》雜誌:中國學者研究出微型生物憶阻器模擬大腦神經突觸
    如下圖所示,這種仿神經憶阻器的生物電壓憶阻器是從微生物土壤細菌(橙色)中獲取的蛋白質納米線(綠色),有助於電子憶阻器設備(銀)以生物電壓起作用,模擬大腦中的神經元(藍色連接點)活動。在拉烏裡的一項研究中,一種神經形態記憶電晶體(憶阻器)利用了切成細納米線鏈的地理菌生物膜。
  • 人臉識別和生物識別在支付領域上的風險
    而識別準確率目前在特定情況下也能達到指紋識別相同水準。三是其它生物識別技術。首先是虹膜,具有高準確率,信息採集難度高等特點,一般應用於國家安全、軍事設施特別敏感的門禁或權限管理場合;其實是聲紋,與人臉識別類似,準確率相對較低,採集難度和私密性很低,而且驗證過程很容易被盜取。
  • 模式識別與機器學習(教學大綱)|向量|貝葉斯|算法|神經網絡_網易訂閱
    以貝葉斯學習思想貫穿始終,並適時與其他重要知識點(如支持向量機、深度學習)等進行交叉和關聯,便於讀者在形成良好知識體系的同時保持對整個領域知識的把握。  全書共14章和4個附錄,循序漸進地剖析模式識別與機器學習領域。
  • 基於憶阻器的神經網絡應用研究
    憶阻器作為電子突觸器件主要包括以下幾個特點:(1)具有良好的生物突觸特性模擬性。中國臺灣清華大學的張孟凡教授研究組[28]利用1T1R器件陣列和65nm CMOS工藝的控制和讀出電路的集成實現了一個1Mb的憶阻存算一體處理器,可同時實現神經網絡的模擬計算和可重構邏輯的數字計算,同時利用了憶阻器件的多值突觸特性和二值阻變特性,充分展示了憶阻突觸器件在神經形態計算應用中的優勢。
  • 多模態生物識別成趨勢,指靜脈識別優勢顯著
    生物識別技術的問題它不是一個獨立性的問題,業內已經在應用一些填補漏洞的技術模式,比如多模態生物識別技術,正是意識到人民對於公共安全甚至個人私密安全的高要求,才有必要在單一生物識別技術或產品的基礎上,增加另一種或多種來提升生物識別應用的安全性。
  • ...神經網絡重現生物視覺系統,發《自然:神經科學》後再中NeurIPS...
    他們以人類大腦的工作方式為樣本,重新設計人工神經網絡的結構,以淺層神經網絡+循環結構在物體識別任務中取得了優秀的、類似生物視覺系統的表現。這項成果的意義遠不在於物體識別和深度學習本身。實際上,James DiCarlo 教授團隊本來做的就是大腦與認知科學研究,探索、設計工作方式相仿的人工神經網絡可以幫助他們更好地理解生物大腦的原理。
  • 盤點人臉識別中的黑科技——人工神經網絡
    他們發現大腦中編碼人臉的方式和成功地執行人工智慧系統(稱為深度神經網絡)的驚人相似性。當我們看一張面孔時,視覺皮層中的神經元群被激活並發射它們的信號。事實上,某些神經元對面部有選擇性的反應,而不是對其他物體的反應。但是單個神經元的激活是如何共同產生面部感知和識別的呢?
  • 什麼是人工智慧神經網絡? 神經網絡是怎麼應用到各領域的?|什麼|...
    人腦中的神經網絡是一個非常複雜的組織,成人的大腦中約有1000億個神經元,人類至今仍在探索人腦的工作原理。而人們通過對生物神經元的研究和理解,構建了一個模擬人腦的計算模型:人工神經網絡!   那麼,人工神經網絡是什麼?人類通過構造神經網絡,能否給AI賦能,使之自我進化?   什麼是神經網絡?
  • 神經形態運算新突破:兼具學習與記憶功能的神經電晶體
    神經形態運算(Neuromorphic Computing)需要在像是神經整合和突觸(Synapse)等人腦元素(例如)的啟發下建立體系架構。這些運算架構被證明能激發出許多極具發展前景與優勢的應用,因為它們可以同時兼具儲存和學習的功能。
  • 英特爾Loihi神經形態晶片可識彆氣味中有害化學物質
    英特爾實驗室和康奈爾大學的研究人員,剛剛展示了英特爾神經形態研究晶片 Loihi 的獨特能力 —— 僅通過氣味來識別多種有害的化學物質。 研究人員稱:Loihi 可分析識別測試樣品中的每種化學物質,而不會破壞先前學習到的有關氣味的記憶。
  • 英特爾Loihi神經形態晶片可識彆氣味中的有害化學物質
    英特爾實驗室和康奈爾大學的研究人員,剛剛展示了英特爾神經形態研究晶片 Loihi 的獨特能力 —— 僅通過氣味來識別多種有害的化學物質。研究人員稱:Loihi 可分析識別測試樣品中的每種化學物質,而不會破壞先前學習到的有關氣味的記憶。