Älyjärjestelmä voi tunnistaa kädestä tehtävät eleet tarkasti

Uusi tekoälyjärjestelmä, joka pystyy tunnistamaan kädestä tehtävät eleet, on kehitetty Nanyangin teknillisen yliopiston (NTU Singapore) tutkijoiden toimesta. Teknologia toimii yhdistämällä ihonkaltaiset elektroniikka ja tietokoneen näkö.

Tekoälyjärjestelmien kehittäminen ihmisen kädestä tehtävien eleiden tunnistamiseksi on ollut käynnissä noin 10 vuotta, ja sitä käytetään tällä hetkellä kirurgisissa roboteissa, terveydenhuollon laitteissa ja pelijärjestelmissä.

Alkuperäiset tekoälyeleiden tunnistusjärjestelmät olivat pelkästään visuaalisia, ja niitä on parannettu integroimalla niiden kanssa kannettavien antureiden syötteet. Tätä kutsutaan “data-fusioniksi”. Yksi havaintokyvystä on kutsuttu “somatosensoriseksi”, ja kannettavat anturit voivat jäljitellä sitä.

Eleiden tunnistus Precisiota on edelleen vaikea saavuttaa kannettavien antureiden matalan datanlaadun vuoksi. Tämä johtuu antureiden kökköyydestä ja huonosta kosketuksesta käyttäjän kanssa, sekä visuaalisten esteiden ja heikon valaistuksen vaikutuksista.

Lisää haasteita tulee visuaalisen ja aistinvaraisen datan yhdistämisestä, koska epäsovittaiset tietojoukkojen on prosessoitava erikseen ja lopulta yhdistettävä lopussa. Tämä prosessi on tehokas ja johtaa hitaampiin reagointiaikoihin.

NTU-tiimi keksi muutamia keinoja voittaa nämä haasteet, mukaan lukien “bioinspiroidun” data-fusion järjestelmän luominen, joka perustuu ihonkaltaisiin venyviin venymäantureihin, jotka on valmistettu yksiseinäisistä hiilinanoputkista. Tiimi käytti myös tekoälyä tapaa edustaa, miten iho aistii ja näkemys prosessoidaan yhdessä aivoissa.

Kolme hermoverkko- lähestymistapaa yhdistettiin yhteen järjestelmään kehittääkseen tekoälyjärjestelmää. Kolme hermoverkkotyyppiä olivat: konvoluutiohermoverkko, harva hermoverkko ja monikerroksinen hermoverkko.

Yhdistämällä nämä kolme, tiimi pystyi kehittämään järjestelmän, joka pystyy tunnistamaan ihmisen eleitä tarkemmin verrattuna muihin menetelmiin.

Professori Chen Xiaodon on tutkimuksen pääkirjoittaja. Hän on kotoisin NTU:n materiaalitieteiden ja insinööritieteiden koulusta.

“Meidän data-fusion arkkitehtuuri on omia ainutlaatuisia bio-inspiroivia ominaisuuksia, jotka sisältävät ihmisen kehittämän järjestelmän, joka muistuttaa somatosensorisen ja visuaalisen fuusioiden hierarkiaa aivoissa. Uskomme, että nämä ominaisuudet tekevät meidän arkkitehtuuristamme ainutlaatuisen olemassa oleviin lähestymistapoihin nähden.”

Chen on myös Innovative Centre for Flexible Devices (iFLEX) johtaja NTU:ssa.

“Vertailukohtana jäykkiin kannettaviin antureihin, jotka eivät muodosta tarpeeksi läheistä kosketusta käyttäjän kanssa tarkkaan datan keräämiseksi, meidän innovaatio käyttää venyviä venymäantureita, jotka kiinnittyvät mukavasti ihmisen ihoon. Tämä mahdollistaa korkealaatuisen signaalin hankinnan, joka on välttämätöntä korkean tarkkuuden tunnistustehtävissä”, Chen sanoi.

Tutkimustulokset, jotka koostuivat NTU Singaporen ja University of Technology Sydneyn (UTS) tutkijoista, julkaistiin kesäkuussa Nature Electronics -tieteellisessä lehdessäNature Electronics.

Järjestelmän testaus

Tiimi testasi bio-inspiroidun tekoälyjärjestelmän kädestä ohjatulla robottilla. Robotti ohjattiin läpi sokkeloa, ja tulokset osoittivat, että tekoälykäden eleiden tunnistusjärjestelmä pystyi ohjaamaan robottia sokkelon läpi ilman virheitä. Tämä verrattuna visuaaliseen tunnistusjärjestelmään, joka teki kuusi virhettä samassa sokkelossa.

Testaus huonoissa olosuhteissa, kuten melussa ja huonossa valaistuksessa, tekoälyjärjestelmä säilytti edelleen korkean tarkkuuden. Tunnettu tarkkuusaste saavutti yli 96,7%.

Tohtori Wang Ming NTU Singaporen materiaalitieteiden ja insinööritieteiden koulusta oli tutkimuksen ensisijainen kirjoittaja.

“Salaisuus korkean tarkkuuden takana meidän arkkitehtuurissamme on se, että visuaalinen ja somatosensorinen tieto voivat vuorovaikuttaa ja täydentää toisiaan varhaisessa vaiheessa ennen monimutkaisen tulkinnan suorittamista”, Ming sanoi. “Tämän seurauksena järjestelmä voi järkevästi kerätä yhdenmukaisia tietoja vähemmän tarpeettoman datan ja vähemmän havaintoambiguuden kanssa, mikä johtaa parempaan tarkkuuteen.”

Riippumattoman näkemyksen mukaan professori Markus Antonietti, Max Planck Institute of Colloids and Interfacesin johtaja Saksassa, “Tutkimustulokset tästä paperista vie meidät askelen lähemmäs älykkäämpään ja konepohjaisempaan maailmaan. Samalla tavoin kuin älypuhelimen keksiminen, joka on vallankumouksellinen yhteiskunnassa, tämä työ antaa meille toiveita, että voimme jonain päivänä ohjata fyysisesti koko ympäröivää maailmaamme suurella luotettavuudella ja tarkkuudella eleiden kautta.”

“On vain loputtomia sovelluksia tällaiselle teknologialle markkinoilla tukemaan tätä tulevaisuutta. Esimerkiksi etärobotti ohjaus älykkäistä työpaikoista vanhusten eksoskeletoihin.”

Tutkimusryhmä työskentelee nyt VR- ja AR-järjestelmän kehittämisessä bio-inspiroidun tekoälyjärjestelmän pohjalta.