الروبوتات
نظام ذكاء اصطناعي يمكنه التعرف على الإشارات اليدوية بدقة
تم تطوير نظام ذكاء اصطناعي جديد (AI) قادر على التعرف على الإشارات اليدوية من قبل علماء من جامعة نانيانغ التكنولوجية، سنغافورة (NTU Singapore). تعمل التكنولوجيا من خلال الجمع بين الإلكترونيات الشبيهة بالجلد والرؤية الحاسوبية.
تم تطوير أنظمة الذكاء الاصطناعي للتعرف على إشارات اليد البشرية لمدة عشر سنوات تقريبا، وهي تستخدم حاليا في الروبوتات الجراحية ومعدات مراقبة الصحة وأنظمة الألعاب.
كانت أنظمة التعرف على الإشارات اليدوية الأولية تعتمد على الرؤية فقط، وقد تم دمج مدخلات من حساسات قابلة للارتداء لتحسينها. ويسمى هذا “دمج البيانات”. واحدة من قدرات الحس هي ما يسمى “الحدس الجسدي”، ويمكن للحساسات القابلة للارتداء إعادة إنشائه.
لا تزال دقة التعرف على الإشارات صعبة التحقيق بسبب جودة البيانات المنخفضة القادمة من حساسات قابلة للارتداء. يحدث هذا بسبب الحجم الكبير والاتصال السيئ مع المستخدم، بالإضافة إلى تأثيرات الأجسام المحجوبة بصريا والإنارة السيئة.
تأتي تحديات إضافية من دمج البيانات البصرية والحسية، حيث يتعين معالجة مجموعات البيانات غير المتطابقة بشكل منفصل وفي النهاية دمجها في النهاية. هذا العملية غير فعالة ويؤدي إلى أوقات استجابة أبطأ.
قدم فريق NTU عدة طرق للتحايل على هذه التحديات، بما في ذلك إنشاء نظام دمج بيانات “ملهم بالطبيعة” يعتمد على حساسات تمدد شبيهة بالجلد مصنوعة من أنابيب نانو كربونية أحادية الجدار. كما اعتمد الفريق على الذكاء الاصطناعي كوسيلة لتمثيل كيفية معالجة الجلد والرؤية معا في الدماغ.
تم دمج ثلاثة نهجات شبكية عصبية في نظام واحد لتطوير نظام الذكاء الاصطناعي. كانت أنواع الشبكات العصبية الثلاثة: شبكة عصبية متوازي، شبكة عصبية نادرة، وشبكة عصبية متعددة الطبقات.
من خلال الجمع بين هذه الثلاثة، يمكن للفريق تطوير نظام قادر على التعرف على إشارات الإنسان بدقة أكبر مقارنة بالطرق الأخرى.
الأستاذ تشين شيادون هو المؤلف الرئيسي للدراسة. وهو من كلية علوم وهندسة المواد في NTU.
“هيكلنا المعماري لدمج البيانات له مميزات فريدة ملهمة بالطبيعة، بما في ذلك نظام من صنع الإنسان يشبه هرمية دمج الحدس الجسدي والبصري في الدماغ. نعتقد أن هذه المميزات تجعل هيكلنا المعماري فريدا مقارنة بالمناهج الحالية”.
تشين هو أيضا مدير مركز الأجهزة المرنة الابتكاري (iFLEX) في NTU.
“بالنسبة للحساسات القابلة للارتداء الصلبة التي لا تتصل بشكل وثيق بما يكفي مع المستخدم لجمع البيانات بدقة، تستخدم ابتكارنا حساسات تمدد شبيهة بالجلد تلتصق بشكل مريح على الجلد البشري. هذا يسمح بجمع إشارات عالية الجودة، وهو أمر ضروري لمهام التعرف بدقة عالية”، قال تشين.
نشرت نتائج الفريق المكون من علماء من NTU Singapore وجامعة تكنولوجيا سيدني (UTS) في يونيو في المجلة العلمية Nature Electronics.
اختبار النظام
اختبر الفريق نظام الذكاء الاصطناعي الملهم بالطبيعة مع روبوت يتحكم به من خلال إشارات اليد. تم توجيه الروبوت خلال متاهة، وأظهرت النتائج أن نظام التعرف على إشارات اليد كان قادرا على توجيه الروبوت خلال المتاهة دون أي أخطاء. هذا بالمقارنة مع نظام التعرف البصري، الذي ارتكب ستة أخطاء في نفس المتاهة.
عند الاختبار في ظل ظروف سيئة، مثل الضوضاء والإنارة السيئة، حافظ نظام الذكاء الاصطناعي على دقة عالية. بلغ معدل دقة التعرف على أكثر من 96.7٪.
الدكتور وانغ مينغ من كلية علوم وهندسة المواد في NTU Singapore كان المؤلف الأول للدراسة.
“السر وراء الدقة العالية في هيكلنا المعماري يكمن في حقيقة أن المعلومات البصرية والحدسية يمكن أن تتفاعل وتكمل بعضها البعض في مرحلة مبكرة قبل إجراء تفسير معقد. ونتيجة لذلك، يمكن للنظام جمع معلومات متسقة مع بيانات أقل تكرارًا وأقل غموضًا، مما يؤدي إلى دقة أفضل”، قال مينغ.
وفقًا لرأي مستقل من الأستاذ ماركوس أنطونييتي، مدير معهد ماكس بلانك للكوليود وال_interfaces في ألمانيا، “تأتي النتائج من هذه الورقة بنا خطوة أخرى إلى عالم أكثر ذكاء ودعم آلي. مثل اختراع الهاتف الذكي الذي ثورة المجتمع، يعطينا هذا العمل أملًا بأننا قد نتمكن في يوم ما من التحكم المادي في كل عالمنا المحيط بدقة كبيرة وثبات من خلال إشارة”.
“هناك تطبيقات لا حصر لها لهذه التكنولوجيا في السوق لدعم هذا المستقبل. على سبيل المثال، من التحكم عن بعد في الروبوتات في أماكن العمل الذكية إلى الهياكل الخارجية للمسنين”.
سيعمل فريق البحث الآن على نظام VR و AR يعتمد على نظام الذكاء الاصطناعي الملهم بالطبيعة.
