Η Ικανότητα Επεξεργασίας Φωτός του Ανθρώπινου Εγκεφάλου Μπορεί να Οδηγήσει σε Καλύτερη Αίσθηση Ρομπότ

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος συχνά служει ως έμπνευση για την τεχνητή νοημοσύνη (AI) και αυτό είναι το caso και πάλι ως μια ομάδα ερευνητών του Στρατού έχει καταφέρει να βελτιώσει την αίσθηση ρομπότ μελετώντας τον τρόπο με τον οποίο ο ανθρώπινος εγκέφαλος επεξεργάζεται το φωτεινό και αντίθετο φως. Η νέα ανάπτυξη μπορεί να οδηγήσει σε συνεργασία μεταξύ αυτόνομων πραγμάτων και ανθρώπων.

Σύμφωνα με τους ερευνητές, είναι σημαντικό για την αίσθηση μηχανής να είναι αποτελεσματική σε διαφορετικά περιβάλλοντα, το οποίο οδηγεί σε εξελίξεις στην αυτονομία.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Journal of Vision.

Ικανότητα Εμφάνισης 100.000-1

Ο Andre Harrison είναι ερευνητής στο U.S. Army Combat Capabilities Development Command’s Army Research Laboratory.

«Όταν αναπτύσσουμε αλγόριθμους μηχανικής μάθησης, οι πραγματικοί εικόνες συνήθως συμπιέζονται σε ένα στενότερο εύρος, όπως μια κάμερα κινητού τηλεφώνου, σε μια διαδικασία που ονομάζεται χαρτογράφηση τόνου», είπε ο Harrison. «Αυτό μπορεί να συνεισφέρει στη θραυσματικότητα των αλγορίθμων όρασης μηχανής επειδή βασίζονται σε τεχνητές εικόνες που δεν ταιριάζουν ακριβώς με τα πρότυπα που βλέπουμε στον πραγματικό κόσμο.»

Η ομάδα των ερευνητών ανέπτυξε ένα σύστημα με ικανότητα εμφάνισης 100.000-1, το οποίο τους επέτρεψε να αποκτήσουν έμπνευση για τη διαδικασία υπολογισμού του εγκεφάλου στον πραγματικό κόσμο. Σύμφωνα με τον Harrison, αυτό επέτρεψε στην ομάδα να υλοποιήσει βιολογική ανθεκτικότητα στους αισθητήρες.

Οι τρέχοντες αλγόριθμοι όρασης ακόμη έχουν ένα μακρύ δρόμο να διανύσουν πριν γίνουν ιδανικοί. Αυτό έχει να κάνει με το περιορισμένο εύρος σε φωτεινότητα, γύρω στο 100-1 αναλογία, λόγω του ότι οι αλγόριθμοι βασίζονται σε μελέτες ανθρώπων και ζώων με υπολογιστές. Η αναλογία 100-1 είναι λιγότερο ιδανική στον πραγματικό κόσμο, όπου η ποικιλία μπορεί να φτάσει μέχρι 100.000-1. Αυτή η υψηλή αναλογία ονομάζεται υψηλή δυναμική εύρος, ή HDR.

Ο Dr. Chou Po Hung είναι ερευνητής του Στρατού.

«Οι αλλαγές και οι σημαντικές διακυμάνσεις στο φως possono να προκαλέσουν προβλήματα στα συστήματα του Στρατού — τα drones που πετούν κάτω από ένα δάσος μπορεί να συγχυσθούν από τις αλλαγές ανακλάσεων όταν ο άνεμος πνέει μέσα από τα φύλλα, ή τα αυτόνομα οχήματα που οδηγούν σε τραχύ έδαφος μπορεί να μην αναγνωρίσουν τις λάκκες ούτε άλλα εμπόδια επειδή οι συνθήκες φωτισμού είναι ελαφρώς διαφορετικές από αυτές στις οποίες εκπαιδεύτηκαν οι αλγόριθμοι όρασης», είπε ο Hung.

Η Ικανότητα Συμπίεσης του Ανθρώπινου Εγκεφάλου

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι ικανός να συμπιέζει αυτόματα την είσοδο 100.000-1 σε ένα στενότερο εύρος, και αυτό είναι αυτό που επιτρέπει στους ανθρώπους να ερμηνεύουν το σχήμα. Η ομάδα των ερευνητών προσπάθησε να κατανοήσει αυτή τη διαδικασία μελετώντας την πρώιμη επεξεργασία όρασης υπό HDR. Η ομάδα έστρεψε την προσοχή της σε απλές λειτουργίες όπως η φωτεινότητα HDR.

«Ο εγκέφαλος έχει περισσότερες από 30 οπτικές περιοχές, και ακόμη έχουμε μόνο μια базική κατανόηση του πώς αυτές οι περιοχές επεξεργάζονται την εικόνα του ματιού σε μια κατανόηση του 3D σχήματος», συνέχισε ο Hung. «Τα αποτελέσματά μας με τις μελέτες φωτεινότητας HDR, που βασίζονται στη συμπεριφορά ανθρώπων και ηχογραφήσεις από το κρανίο, δείχνουν πόσο λίγο γνωρίζουμε πραγματικά για το πώς να γεφυρώσουμε το χάσμα από το εργαστήριο στον πραγματικό κόσμο. Αλλά, αυτά τα ευρήματα μας βγάζουν από αυτή τη θήκη, δείχνοντας ότι οι προηγούμενες μας υποθέσεις από τους τυπικούς υπολογιστές έχουν περιορισμένη ικανότητα να γενικευθούν στον πραγματικό κόσμο, και αποκαλύπτουν αρχές που μπορούν να οδηγήσουν τα μοντέλα μας στα σωστά μηχανισμοί.»

Βρήνοντας τον τρόπο με τον οποίο το φως και οι ακμές αντίθεσης互одействούν στην οπτική αναπαράσταση του εγκεφάλου, οι αλγόριθμοι θα είναι πιο αποτελεσματικοί στην ανακατασκευή του 3D κόσμου υπό πραγματικές συνθήκες φωτισμού. Όταν εκτιμούμε το 3D σχήμα από 2D πληροφορίες, υπάρχουν πάντα αμφιβολίες, αλλά αυτή η νέα ανακάλυψη επιτρέπει να διορθωθούν.

«Μέσω εκατομμυρίων ετών εξέλιξης, ο εγκέφαλος μας έχει εξελίξει αποτελεσματικές συντομεύσεις για την ανακατασκευή του 3D από 2D πληροφορίες», είπε ο Hung. «Είναι ένα πρόβλημα που διαρκεί δεκαετίες που συνεχίζει να προκαλεί προβλήματα στους επιστήμονες της μηχανικής όρασης, ακόμη και με τις πρόσφατες προόδους στην AI.»

Η ανακάλυψη της ομάδας είναι επίσης σημαντική για την ανάπτυξη συσκευών AI όπως ραντάρ και τηλεφωνική κατανόηση, οι οποίες χρησιμοποιούν ευρύ δυναμικό αίσθηση.

«Το ζήτημα της δυναμικής εύρους δεν είναι μόνο ένα πρόβλημα αίσθησης», είπε ο Hung. «Μπορεί επίσης να είναι ένα πιο γενικό πρόβλημα στην υπολογιστική του εγκεφάλου επειδή τα μεμονωμένα νευρικά κύτταρα έχουν δεκάδες χιλιάδες εισόδους. Πώς να χτίσετε αλγόριθμους και αρχιτεκτονικές που μπορούν να ακούσουν τις σωστές εισόδους σε διαφορετικά контекστά; Ελπίζουμε ότι, εργαζόμενοι σε αυτό το πρόβλημα σε αισθητηριακό επίπεδο, μπορούμε να επιβεβαιώσουμε ότι είμαστε στον σωστό δρόμο, ώστε να έχουμε τα σωστά εργαλεία όταν χτίζουμε πιο σύνθετα Als.»