I ricercatori dell’UE hanno fatto grandi passi avanti verso la creazione di un naso robotico completamente funzionante
Il progetto BIOMACHINELEARNING ha creato una rete neuromorfica per riconoscere gli odori, che funziona con un hardware neuromorfico che sarà in grado di ricevere input in tempo reale da sensori elettrici di gas. È un importante passo verso la creazione di un naso robotico economicamente conveniente, portatile e completamente funzionante da utilizzare in diversi settori, dall’agricoltura (per es. per monitorare la maturazione della frutta), alla medicina (per diagnosticare varie malattie) o per il lifestyle personale (per verificare il nome di un particolare profumo sentito andando a lavoro la mattina). Una scoperta inaspettata Una delle principali difficoltà per lo sviluppo di questa tecnologia è migliorare la precisione e la velocità della rilevazione e l’identificazione degli odori nei sistemi di nasi elettronici. Mentre studiava modi di raggiungere questi risultati mediante un’analisi dei dati raccolti da sensori elettronici di gas, il team del progetto ha fatto una scoperta inaspettata. Usando l’elaborazione del segnale bio-ispirata, sono stati in grado di potenziare i segnali dei sensori a un livello abbastanza alto da risolvere variazioni delle concentrazioni di gas dovute a un fenomeno chiamato “turbolenza”. “La turbolenza è un fenomeno onnipresente nella rilevazione dei gas e ci sono molte informazioni codificate nelle variazioni della concentrazione di gas causate dalla turbolenza,” ha spiegato il ricercatore principale, il dott. Michael Schmuker. “Per esempio, se siamo vicini a una fonte di gas, tali cambiamenti causati dalla turbolenza avvengono su scale temporali molto rapide. Più lontano, i cambiamenti sono meno drastici e molto più lenti. Si tratta di un fatto ben assodato e conosciuto da decenni, ma comunemente si credeva che fossero necessari sensori sofisticati e veloci per risolvere tali piccole differenze.” Il team ha scoperto invece che tali rapidi cambiamenti di concentrazione si possono risolvere con sensori di gas economici e disponibili sul mercato e un’appropriata elaborazione del segnale. “Si tratta di un’importante scoperta che prepara il terreno a diverse interessanti applicazioni,” ha commentato il dott. Schmuker. Una soluzione bio-ispirata per la rilevazione e la classificazione dell’odore Armati di questa nuova tecnologia, il dott. Schmuker e i suoi colleghi hanno lavorato per realizzare una soluzione bio-ispirata per una rilevazione e una classificazione veloce e precisa dell’odore. Il metodo del progetto per migliorare il segnale dei sensori di gas s’ispira al modo in cui funzionano i neuroni. I neuroni reagiscono molto bene a rapidi cambiamenti nel loro input sinaptico, il che significa che si adattano facilmente. “Il metodo di elaborazione del segnale che abbiamo ideato funziona in modo molto simile a un neurone che si adatta,” ha detto il dott. Schmuker. I neuroni scambiano informazioni mediante brevi impulsi di attività chiamati “picchi” il che è un metodo molto più efficiente rispetto a uno scambio continuo di numeri, come farebbe un tradizionale computer. Il progetto sta usando uno speciale hardware neuromorfico (chip in silicio che ospitano centinaia di migliaia di neuroni elettronici) per accelerare il calcolo di picco e modellare circuiti cerebrali in modo molto dettagliato, conservato allo stesso tempo l’efficienza di calcolo. La rete di classificazione dell’odore s’ispira al modo in cui il cervello degli insetti media il senso dell’olfatto. I dati di input (letture del sensore) vengono codificati da “recettori olfattivi virtuali” e poi elaborati da una rete modellata su un componente del sistema olfattivo dell’insetto, il lobo antennale. Questo è fondamentale per ottenere buone prestazioni nel riconoscimento dell’odore. Sistemi hardware neuromorfici Il progetto ha usato due sistemi hardware neuromorfici che sono completamente operativi. Le reti di riconoscimento dell’odore sono state usate con successo su entrambe le piattaforme. “L’efficienza di questi sistemi sta nella loro architettura enormemente parallela,” ha affermato il dott. Schmuker. “Con la rete giusta, questi sistemi potrebbero avere prestazioni tanto buone quanto quelle di tradizionali computer per quanto riguarda il riconoscimento morfologico, ma una frazione dei costi energetici.” Ha sottolineato inoltre che molte importanti aziende che si occupano di tecnologia stanno cominciando ad adottare questa tecnologia, il che indica che il calcolo neuromorfico sta diventando parte integrante dell’infrastruttura industriale di calcolo. Prossimi passi Il team del progetto è adesso impegnato nello sviluppo di un’implementazione fisica di un naso elettronico associata a un hardware neuromorfico che effettua il riconoscimento degli odori e/o la navigazione basata sui gas su un robot. “Penso che tali prototipi prova di concetto siano il primo passo per attrarre potenziali partner industriali che potrebbero essere interessati a integrare i nostri risultati nella loro linea di produzione,” ha commentato il dott. Schmuker. Pensando al lungo termine, il dott. Schmuker ha esposto anche la sua visione generale per la tecnologia: “La mia visione è che i nasi elettronici diventeranno diffusi come le videocamere e i microfoni… La tecnologia del naso elettronico, con basse esigenze energetiche e buone prestazioni di riconoscimento, apre la via a una comprensione tutta nuova del nostro ambiente chimico.” Per maggiori informazioni, consultare: Pagina del progetto su CORDIS
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Regno Unito