Hoy, dos investigadores de la Universidad Nacional de Singapur, miembros de la Comunidad de Investigación Neuromórfica de Intel (INRC), presentaron nuevos hallazgos que demuestran la promesa de la visión y la detección táctil basada en eventos en combinación con el procesamiento neuromórfico de Intel para la robótica. El trabajo destaca cómo el hecho de llevar el sentido del tacto a la robótica puede mejorar significativamente las capacidades y la funcionalidad en comparación con los sistemas actuales de sólo visión y cómo los procesadores neuromórficos pueden superar las arquitecturas tradicionales en el procesamiento de esos datos sensoriales.
«Esta investigación de la Universidad Nacional de Singapur proporciona una visión convincente del futuro de la robótica, en la que la información se percibe y procesa de una manera impulsada por eventos que combina múltiples modalidades», dijo Mike Davies, director del Laboratorio de Computación Neuromórfica de Intel. «El trabajo se suma a un creciente conjunto de resultados que muestran que la computación neuromórfica puede proporcionar ganancias significativas en la latencia y el consumo de energía una vez que todo el sistema sea re-diseñado en un paradigma basado en eventos que abarque sensores, formatos de datos, algoritmos y arquitectura de hardware».
Por qué es importante
El sentido del tacto humano es lo suficientemente sensible como para sentir la diferencia entre superficies que difieren por una sola capa de moléculas, sin embargo la mayoría de los robots de hoy en día operan únicamente en el procesamiento visual. Los investigadores de NUS esperan cambiar esto usando su piel artificial recientemente desarrollada, que según sus investigaciones puede detectar el tacto más de 1.000 veces más rápido que el sistema nervioso sensorial humano e identificar la forma, textura y dureza de los objetos 10 veces más rápido que el parpadeo de un ojo.
Permitir un sentido del tacto similar al de los humanos en la robótica podría mejorar significativamente la funcionalidad actual e incluso conducir a nuevos casos de uso. Por ejemplo, los brazos robóticos dotados de piel artificial podrían adaptarse fácilmente a los cambios en los productos fabricados en una fábrica, utilizando la detección táctil para identificar y agarrar objetos desconocidos con la cantidad adecuada de presión para evitar el deslizamiento. La capacidad de sentir y percibir mejor el entorno también podría permitir una interacción humano-robótica más cercana y segura, como en las profesiones de cuidadores, o acercarnos a la automatización de las tareas quirúrgicas dando a los robots quirúrgicos el sentido del tacto del que carecen hoy en día.
Si bien la creación de la piel artificial es un paso para dar vida a esta visión, también requiere un chip que pueda sacar conclusiones precisas basadas en los datos sensoriales de la piel en tiempo real, mientras opera a un nivel de potencia lo suficientemente eficiente como para ser desplegado directamente dentro del robot. «La fabricación de un sensor de piel artificial ultrarrápido resuelve aproximadamente la mitad del rompecabezas de hacer a los robots más inteligentes», dijo el profesor adjunto Benjamin Tee del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la NUS y del Instituto de Innovación y Tecnología de la Salud de la NUS. «También necesitan un cerebro artificial que pueda finalmente lograr la percepción y el aprendizaje como otra pieza crítica del rompecabezas. Nuestra demostración única de un sistema de piel de IA con chips neuromórficos como el Intel Loihi proporciona un gran paso adelante hacia la eficiencia energética y la escalabilidad».
Acerca de la investigación
Para abrir nuevos caminos en la percepción robótica, el equipo de NUS comenzó a explorar el potencial de la tecnología neuromórfica para procesar datos sensoriales de la piel artificial usando el chip de investigación neuromórfica Loihi de Intel. En su experimento inicial, los investigadores utilizaron una mano robótica equipada con la piel artificial para leer Braille, pasando los datos táctiles a Loihi a través de la nube para convertir los micro baches que la mano sentía en un significado semántico. Loihi logró una precisión de más del 92 por ciento en la clasificación de las letras del Braille, al tiempo que utilizaba 20 veces menos energía que un procesador estándar de Von Neumann.
Basándose en este trabajo, el equipo de la NUS mejoró aún más las capacidades de percepción robótica combinando datos de visión y de tacto en la red neuronal de spiking. Para ello, encargaron a un robot que clasificara varios contenedores opacos que contenían diferentes cantidades de líquido, utilizando los datos sensoriales de la piel artificial y una cámara basada en eventos. Los investigadores utilizaron los mismos sensores táctiles y de visión para probar la capacidad del sistema de percepción para identificar el deslizamiento rotacional, que es importante para un agarre estable.
Una vez que estos datos sensoriales fueron capturados, el equipo los envió a una GPU y al chip de investigación neuromórfica Loihi de Intel para comparar las capacidades de procesamiento. Los resultados, que fueron presentados en Robótica: Ciencia y Sistemas esta semana, muestran que la combinación de la visión basada en eventos y el tacto utilizando una red neuronal de picos permitió un 10 por ciento más de precisión en la clasificación de objetos en comparación con un sistema de sólo visión. Además, demostraron la promesa de la tecnología neuromórfica para alimentar tales dispositivos robóticos, con Loihi procesando los datos sensoriales un 21 por ciento más rápido que una GPU de alto rendimiento, mientras que utiliza 45 veces menos energía.
«Estamos emocionados por estos resultados. Muestran que un sistema neuromórfico es una pieza prometedora del rompecabezas para combinar múltiples sensores para mejorar la percepción del robot. Es un paso hacia la construcción de robots confiables y de bajo consumo de energía que puedan responder rápida y apropiadamente en situaciones inesperadas», dijo el Profesor Asistente Harold Soh del Departamento de Ciencias Computacionales de la Escuela de Computación de NUS.
Acerca de la Comunidad de Investigación Neuromórfica Intel
La Comunidad de Investigación Neuromórfica Intel es un ecosistema de grupos académicos, laboratorios gubernamentales, instituciones de investigación y empresas de todo el mundo que trabajan con Intel para fomentar la computación neuromórfica y desarrollar aplicaciones innovadoras de IA. Los investigadores interesados en participar en el INRC y desarrollar para Loihi pueden visitar el sitio web de la Comunidad de Investigación Neuromórfica Intel. También se puede encontrar una lista de los miembros actuales en el sitio.