ИИ в стиле технопанка: создана механическая нейросеть, умеющая обучаться и реагировать на изменения
Компьютерные нейронные сети впечатляют результатами, но требуют для работы мощные электронные устройства: видеокарты и AI-ускорители. Ученые из США решили пойти другим путем и воплотили нейросеть в механизме, состоящем из пружин переменной жесткости.
Инженеры-механики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали механический аналог компьютерной нейронной сети — трехмерную решетчатую структуру из соединенных между собой пружин с регулируемой жесткостью. Настраивая жесткость каждой пружины, такую структуру можно научить реагировать на меняющиеся условия. Как сообщают ученые в журнале Science Robotics, по сути это программируемый материал, способный динамически перераспределять нагрузки и гасить возникающие напряжения.
Нейронные сети как таковые работают на логике связей нейронов друг с другом. В искусственных нейросетях, которые доступны на компьютерах и смартфонах, нейроны уложены в несколько слоев. Изначально они случайным образом соединены между собой и нейросеть в целом бесполезна. Поэтому ее обучают: например, если это нейросеть для распознавания изображений, то ей на вход подают миллионы фотографий и картинок.
Когда нейросеть «видит» картинку — активируются некоторые нейроны первого слоя, которые передают сигнал некоторым нейронам второго слоя, и так далее, пока последний слой не выдаст одиночный итоговый сигнал. Каждая картинка создает собственный трехмерный «рисунок» послойной активации нейронов, но картинки со схожим содержимым, хоть и активируют немного разные нейроны, выдают один и тот же итоговый сигнал. Например, слово «собака» для всех картинок с собаками.
Так происходит благодаря изменению связей между нейронами во время обучения нейросети. Какие-то нейроны усиливают соединение друг с другом, связываясь в отдельные группы. Суть в том, что эти группы нейронов раз за разом активируются вместе, когда на картинке есть какие-то характерные черты объекта. И если давать нейросети разные изображения собак, в ней будут активироваться одни и те же группы нейронов «собаковидности», что и позволяет нейросети отвечать словом «собака». Поэтому обучение нейросети (в том числе компьютерной) сводится к тому, чтобы выстроить связи нужной силы между определенными нейронами.
Идея калифорнийских инженеров проста: если соединить механические пружины с регулируемой жесткостью в трехмерную многослойную структуру, то жесткость пружин будет играть роль силы нейронных связей. Исследователи с помощью компьютерного моделирования перебрали 200 разных структур и пришли к выводу, что эффективнее всего соединять пружины между собой в треугольные пирамиды. Именно такая структура ведет себя максимально похоже на примитивную компьютерную нейросеть.
Ученым было сложно создать сразу многослойную структуру из пружин, поэтому в эксперименте они ограничились плоской решеткой из треугольников размером примерно 60 на 45 сантиметров, где размер одной пружины составлял около 15 сантиметров. Также не получилось обойтись совсем без электричества: жесткость пружин в опытной установке регулировало магнитное поле обычных звуковых катушек, а силу воздействия на пружину регистрировал датчик деформации. Поэтому опытный образец, строго говоря, следовало бы называть электромеханической нейросетью, а не чисто механической.
Даже такой небольшой и простой структуры оказалось достаточно, чтобы обучить ее реагировать на меняющиеся условия. Система пружин динамически подстраивалась под давление разной силы, поступающее с разных сторон, чтобы свести его к нагрузке постоянной величины и направления.
Механическая нейросеть калифорнийских ученых, таким образом, вела себя как «умный» материал, реакции которого можно программировать обучением. Если сделать из нее, например, крыло самолета — оно сможет подстраиваться под потоки воздуха, выгибаясь нужным образом, чтобы не допустить сильных колебаний подъемной силы. А броня из таких пружинящих треугольников будет концентрировать максимальную прочность в месте удара снаряда.
Правда, для этого нужно кардинально уменьшить масштабы механической нейросети и перенести ее в микромир. Авторы исследования предлагают использовать для этого новейшие материалы с регулируемой жесткостью. Тогда, по их мнению, появится возможность создавать уже трехмерные решетки из огромного количества пружинящих элементов, и интеллектуальность такой «вещественной нейросети» возрастет многократно — ее можно будет обучать куда более сложному поведению.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии