《西部世界》更进一步,“人工智能”之上的类人类嗅觉初步实现
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来源:健谈HealthWow全球医健科技随笔
作者:健哥健谈HealthWow
编辑:张佳
【新智元导读】美国HBO电视台的科幻神剧《西部世界,第三季》已经火热上演。情节依然脑洞大开,热门程度一如既往。不知道你是否想过:剧中跟人类几乎一模一样的机器人,在今后的某一天会不会变成现实?本月,英特尔公司和康奈尔大学把这个科幻与现实的距离,又大大的拉近了一步。具有人类真实知觉,甚至具备人类思考和判断能力的机器人,已经在路上。「新智元急聘主笔、高级主任编辑,添加HR微信(Dr-wly)或扫描文末二维码了解详情。」
美国HBO电视台的科幻神剧《西部世界,第三季》(West World III),已经火热上演。
情节依然脑洞大开,热门程度一如既往。
不知道你是否想过:
剧中跟人类几乎一模一样的机器人,在今后的某一天会不会变成现实?
他们会和我们一样:能说,能吃,能听,能思考,能判断,能感知。。。
这个月(2020年3月),英特尔公司和康奈尔大学把这个科幻与现实的距离,又大大的拉近了一步。
具有人类真实知觉,甚至具备人类思考和判断能力的机器人,
已经在路上。
AI嗅觉黑科技,横空出世
3月15日,英特尔公司和康奈尔大学共同宣布:
他们基于人工智能芯片和传感器,开发出了具有类似人类嗅觉能力的新方案。
这个类人类嗅觉的方案,能够从上十种有毒的化学气味中,准确的分析出来其中的任何一种。
研究成果刚刚发表在了世界顶级的医学人工智能期刊《自然智能医学》(Nature Medicine Intelligience)上。
英特尔和康奈尔大学发表在《自然智能医学》上的论文
简单的说,这个人工嗅觉方案用到了英特尔公司一款正在研发中的人工智能芯片(称为Loihi芯片,发音类似“啰嗨“),同时研究人员给这个Loihi芯片配上了72种不同的化学传感器(chemical sensors)。
Loihi芯片
Loihi芯片是英特尔公司在2017年开始立项研究的一种特殊的人工智能芯片--神经拟态研究芯片(neuromorphic chip),也可以理解为是一种类大脑芯片。
英特尔实验室的Loihi 测试版神经芯片
化学传感器
化学传感器的基本功能,是能够对不同的化学分子有所反应:它们可以把检测到的特定气体分子信号,转变成可以准确定量的的电信号。
化学分子浓度越高,相应的电信号也越强
。
常见的化学气体传感器
人工嗅觉方案=Loihi芯片+化学传感器
在这个人工嗅觉“黑科技”方案中,化学传感器对各种气味的反应首先被转变成电信号,然后被传送给 Loihi芯片,之后再由Loihi芯片的电路对人类嗅觉背后的大脑电路进行模拟。
人类的大脑内有专门负责嗅觉的部位,称为嗅球(olfactory bulb,下图中的方框部位)。嗅球里面最重要的就是神经元细胞。
英特尔公司和康奈尔大学的研究人员就是训练Loihi芯片,让它去像人类嗅球的神经元细胞一样,学习对不同的气味分子产生的不同反应。
英特尔在这次研究中用到的气体主要来自丙酮、氨、甲烷、乙烯、一氧化碳、苯、二甲苯等常见有强烈气味的化学物质。
人体嗅觉发生的主要部位--大脑的嗅球和神经元
这个“训练”的过程,比较像人类婴儿用鼻子去感受学习不同气味的过程:
香的气味、酸的气味和臭的气味,都会引起婴儿鼻腔内感受细胞的不同反应,这些反应最终会把信号传递到婴儿大脑的嗅球处处理,从而留下记忆。以后再碰到类似的气味,婴儿鼻腔内的感受细胞马上就可以调动之前的记忆,识别出来这个味道是熟悉的,还是陌生的。
这样的“训练”过程,在婴儿的大脑中留下的是气味的记忆;在人工智能芯片上如Loihi芯片上,留下的是所谓的人工智能模型(AI Model)。
经过气味训练的人工智能芯片(Loihi芯片),就能用学习到的人工智能模型,去鉴别新的气体分子。
如果它真的能够像人类的鼻子一样具备类人类嗅觉,就能迅速识别出来面前的是什么气味。
Loihi 芯片本身具有神经元细胞的学习能力(又被称为神经拟态芯片),所以仅仅需要单一的样本,就可以学会识别每一种气味,而且也不会破坏它对先前所学气味的记忆。
在这项突破性的工作中,英特尔Loihi芯片经过训练后,迅速掌握了 10 种气味各自的神经表征,其中包括丙酮、氨和甲烷等。
与传统的最先进方法相比,Loihi芯片展现出了极其出色的识别准确率。
即使在有强烈的环境干扰下,Loihi芯片依然能够识别出这些气味。
Loihi芯片学习嗅觉的这个过程,体现了人工智能的最主要理论和工具之一:机器学习(Machine Learning)。
这项工作的意义其实是不同寻常的。
理论上,在未来我们就可以利用这样的“电子鼻子”,去鉴别各种不同有害或者特殊的物质。
比如有这样一个典型的应用场景:一些特殊的疾病如帕金森病(Parkinson's),会让病人散发出奇怪的气味。而且对于帕金森病这种很难治愈的慢性疾病,最关键的就是做到早发现和早治疗。
在Loihi芯片基础上开发的“人工鼻子”就可以帮助医生、社区甚至家庭,在疾病早期就能够及时发现帕金森病人,给予治疗。
英特尔公司开发Loihi芯片的出发点,是想让芯片模仿人类真实的神经行为,像人的大脑一样做出分析和判断。
基于这个出发点,这个人工智能芯片(Loihi芯片)被设计成具有13万个“神经元”(Neuron)。这些神经元之间,又被多达1亿3千万个“神经突触”(Synapse)互相连接。
所谓神经突触,本来是一个生物学名词,可以简单的理解为神经元结构上长长的尾巴状的部分。突触主要是用来在神经元之间互相联系、接触和通讯的部位。
一个神经元本身会有很多的神经突触,所以大脑内突触的数量要远远大于神经元的数量。同样的逻辑,一个像Loihi芯片这样的类脑芯片上,突触数量也是远远大于神经元的数量的。
2019年,英特尔对这个类脑芯片进行了设计上的升级:把神经元的数目提高到了8百万个,突触的数目更是提高到了10亿个!同时英特尔还把Loihi芯片互相之间做了连接:用64个芯片互相连接做成了一个超大的芯片组合,用来支持更复杂的人工智能计算。
2020年3月,英特尔创纪录的对Loihi芯片做了进一步的“巨无霸”升级,打造了一个由768个Loihi芯片拼装成,具有1亿个神经元的“超级大脑”(英特尔称其为“神经拟态计算系统”)。
1亿神经元的总数量,已经超过了小鼠脑部神经元(7000万个)的总数!
可以说,Loihi芯片的这种“巨无霸”组合,已经具备了超越小鼠大脑的潜力。
参考来源:
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