ยกระดับคอมพิวเตอร์วิทัศน์ที่ใช้ AI ด้วยความเข้าใจหลักฟิสิกส์

ปัญญาประดิษฐ์ได้สร้างผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อชีวิตของเราอย่างปฏิเสธไม่ได้ ในความพยายามบุกเบิกเพื่อเพิ่มขีดความสามารถของ AI นักวิจัยจาก UCLA และห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบกสหรัฐฯ ได้เปิดตัวแนวทางที่ผสานความเข้าใจหลักฟิสิกส์กับเทคนิคที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลในเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์วิทัศน์ที่ใช้ AI การศึกษานี้ตีพิมพ์ใน Nature Machine Intelligenceและเสนอวิธีการผสมผสานใหม่เพื่อปรับปรุงการรับรู้ การมีปฏิสัมพันธ์ และการตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมแบบเรียลไทม์ของเครื่องจักรที่ใช้ AI ซึ่งสำคัญต่อรถยนต์ไร้คนขับและหุ่นยนต์ที่ต้องทำงานอย่างแม่นยำ

แนวทางผสมผสานสำหรับ AI ที่คำนึงถึงหลักฟิสิกส์

ที่ผ่านมา คอมพิวเตอร์วิทัศน์ซึ่งทำให้ AI เข้าใจและอนุมานคุณสมบัติของโลกกายภาพจากภาพ มุ่งเน้นการเรียนรู้ของเครื่องจากข้อมูลเป็นหลัก ขณะเดียวกัน งานวิจัยด้านฟิสิกส์พยายามอธิบายหลักการเบื้องหลังปัญหาต่าง ๆ ในคอมพิวเตอร์วิทัศน์ แต่การนำความเข้าใจฟิสิกส์มารวมไว้ในโครงข่ายประสาทเทียมยังเป็นเรื่องท้าทาย งานวิจัยของ UCLA จึงมุ่งผสานความเข้าใจเชิงลึกจากข้อมูลกับความรู้ฟิสิกส์ในโลกจริง เพื่อสร้าง AI แบบผสมผสานที่มีขีดความสามารถสูงขึ้น Achuta Kadambi ผู้ประพันธ์ที่รับผิดชอบการติดต่อและผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์แห่ง UCLA Samueli School of Engineering อธิบายว่า “การอนุมานที่คำนึงถึงหลักฟิสิกส์ช่วยให้รถยนต์ขับขี่ได้ปลอดภัยขึ้น หรือหุ่นยนต์ผ่าตัดทำงานได้แม่นยำขึ้น”

การผสานฟิสิกส์เข้ากับ AI ด้านคอมพิวเตอร์วิทัศน์

ทีมวิจัยเสนอวิธีใหม่สามวิธีในการผสานฟิสิกส์เข้ากับ AI ด้านคอมพิวเตอร์วิทัศน์:

1. การเพิ่มข้อมูลฟิสิกส์ในชุดข้อมูล AI: ติดป้ายกำกับวัตถุด้วยข้อมูลเพิ่มเติม เช่น ความเร็วที่เป็นไปได้หรือน้ำหนัก คล้ายกับตัวละครในวิดีโอเกม
2. การผสานฟิสิกส์ในสถาปัตยกรรมโครงข่าย: ส่งข้อมูลผ่านตัวกรองในโครงข่ายที่เข้ารหัสคุณสมบัติทางฟิสิกส์ไว้ในสิ่งที่กล้องบันทึก
3. การผสานฟิสิกส์ในฟังก์ชันความสูญเสียของโครงข่าย: ใช้ความรู้ฟิสิกส์ช่วยให้ AI ตีความข้อมูลฝึกเกี่ยวกับสิ่งที่มันสังเกต

แนวทางวิจัยเชิงทดลองเหล่านี้ให้ผลที่น่าพอใจในการพัฒนาคอมพิวเตอร์วิทัศน์แล้ว เช่น วิธีผสมผสานช่วยให้ AI ติดตามและคาดการณ์การเคลื่อนที่ของวัตถุได้แม่นยำขึ้น และสร้างภาพที่ถูกต้องและมีความละเอียดสูงจากฉากที่ถูกบดบังด้วยสภาพอากาศเลวร้ายได้

อนาคตของ AI ที่คำนึงถึงหลักฟิสิกส์

นักวิจัยมองในแง่ดีว่าความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของแนวทางสองรูปแบบนี้อาจทำให้ AI ที่ใช้การเรียนรู้เชิงลึกเรียนรู้กฎฟิสิกส์ได้ด้วยตนเอง ซึ่งอาจเปิดพรมแดนใหม่ของคอมพิวเตอร์วิทัศน์ที่ใช้ AI และนำไปสู่การประยุกต์ใช้ที่ปลอดภัยและแม่นยำยิ่งขึ้นในหลายภาคส่วน รวมถึงรถยนต์ไร้คนขับและหุ่นยนต์ผ่าตัด การศึกษานี้ได้รับทุนสนับสนุนบางส่วนจากห้องปฏิบัติการวิจัยกองทัพบก และมีผู้ร่วมเขียนคือ Celso de Melo นักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ของห้องปฏิบัติการดังกล่าว และคณาจารย์ UCLA ได้แก่ Stefano Soatto, Cho-Jui Hsieh และ Mani Srivastava นอกจากนี้ยังได้รับทุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ โครงการ Army Young Investigator Program หน่วยงานวิจัยโครงการป้องกันขั้นสูง Intrinsic ซึ่งเป็นบริษัทในเครือ Alphabet (GOOG ) (GOOGL ) และ Amazon