当谈到交配时，有两件事对蝴蝶来说很重要:潜在伴侣的外表和气味。黑色和橙色蝴蝶的大脑非常小，但它们必须同时处理两种感官输入，这是目前人工智能(AI)技术在不消耗大量能量的情况下所无法实现的。
为了让人工智能像蝴蝶一样聪明，宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组创造了一个多感官人工智能平台，比其他人工智能技术更先进，消耗的能量更少。
研究人员表示，目前的人工智能技术在模仿人类和动物使用的多感官决策过程方面往往存在不足。这可能会限制人工智能在机器人和智能传感器中的应用潜力，这些传感器可以检测到结构故障或即将发生的化学泄漏等危险。
“如果你想想我们今天拥有的人工智能，我们有非常好的基于视觉的图像处理器，或者使用音频的优秀语言处理器，”工程科学和力学副教授、该研究的通讯作者萨塔什·达斯(Saptarshi Das)说。
“但是当你想到大多数动物和人类时，决策是基于不止一种感觉的。虽然人工智能在单一感官输入方面表现相当出色，但目前的人工智能还无法进行多感官决策。”
蝴蝶通过同时的视觉线索——看到潜在配偶的翅膀图案确实是一只蝴蝶——和另一只蝴蝶释放的信息素的化学线索来选择配偶。达斯说，值得注意的是，蝴蝶的大脑很小，消耗的能量最少。这与消耗大量能源的现代计算形成了直接对比。
达斯说:“蝴蝶和许多其他动物的大脑都非常小，它们使用的资源很少，无论是在能量消耗还是大脑的物理大小方面。”“然而，它们同时执行依赖于多个感官输入的计算任务。”
为了在电子上模拟这种行为，研究人员转向了一种可能的解决方案，该方案涉及一到几个原子厚的二维材料。研究人员开发了一个由两种二维材料——硫化钼(MoS2)和石墨烯——组成的硬件平台。
硬件平台的MoS2部分是一个忆晶体管，一个可以执行存储和信息处理的电子器件。研究人员之所以选择二硫化钼，是因为它具有光感应能力，可以模仿蝴蝶的视觉能力。
该装置的石墨烯部分是一个化学晶体管，可以检测化学分子，模拟蝴蝶大脑的信息素检测。
“视觉线索和信息素化学线索驱动着雌性蝴蝶是否会与雄性蝴蝶交配的决定，”合著者、工程科学与力学专业二年级博士生苏比尔·高什说。
“因此，我们得到了一个灵感，思考如何让2D材料具有这些功能。光响应性MoS2和化学活性石墨烯可以结合起来，为人工智能和神经形态计算创建一个视觉化学集成平台。”
研究人员通过将双材料传感器暴露在不同的色光下，模拟视觉线索，并使用含有不同化学成分的溶液来测试他们的设备，这些化学成分类似于蝴蝶释放的信息素。
目的是观察他们的传感器能在多大程度上整合来自光电探测器和化学传感器的信息，就像蝴蝶的交配成功取决于匹配翅膀的颜色和信息素的强度一样。
通过测量输出响应，研究人员确定他们的设备可以无缝地整合视觉和化学线索。他们说，这突出了他们的传感器同时处理和解释不同类型信息的潜力。
“我们还在传感器电路中引入了适应性，这样一个线索就可以比另一个发挥更重要的作用，”工程科学与力学专业四年级博士生、该研究的合著者郑义凯(音译)说。“这种适应性类似于雌性蝴蝶如何调整自己的交配行为，以应对野外的各种情况。”
研究人员表示，与目前人工智能系统的运行方式相比，单个设备中的双传感也更节能。他们从不同的传感器模块收集数据，然后将其传送到处理模块，这可能会导致延迟和过度的能量消耗。
接下来，研究人员表示，他们计划将两种感官集成到设备中扩展到三种感官，模仿小龙虾如何使用视觉、触觉和化学线索来感知猎物和捕食者。目标是开发能够在不同环境中处理复杂决策场景的硬件人工智能设备。
Ghosh说:“我们可以在像发电厂这样的地方安装传感器系统，它可以根据多种感官线索检测潜在的问题，比如泄漏或系统故障。”“比如化学气味，或者振动的变化，或者通过视觉检测弱点。这将更好地帮助系统和工作人员确定他们需要做些什么来快速解决问题，因为这不仅仅依赖于一种感觉，而是多种感觉。”
更多信息:郑义凯等，蝴蝶启发的视觉和化学线索整合多感官神经形态平台，Advanced Materials(2023)。DOI: 10.1002 / adma.202307380期刊信息:宾夕法尼亚州立大学提供的先进材料引文:蝴蝶启发的人工智能技术起飞(2024年，4月2日)检索自2024年4月2日https://techxplore.com/news/2024-04-butterfly-ai-technology-flight.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
