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        復制蜻蜓大腦,使導彈防御系統更加靈活

        2021-08-02 00:42:05來源:科技號
        導讀: 快速、高效的神經網絡復制蜻蜓大腦,受昆蟲啟發的人工智能可以使導彈防御系統更加靈活。

        在我們的每個大腦中,有860 億個神經元并行工作,處理來自感官和記憶的輸入,以產生人類認知的許多壯舉。其他生物的大腦沒有那么廣泛的能力,但這些動物通常表現出對特定任務的先天能力,這些能力是經過數百萬年的進化磨練出來的。

        復制蜻蜓大腦,使導彈防御系統更加靈活

        我們大多數人都見過動物做聰明的事情。也許您的家養寵物是逃生藝術家。也許您住在鳥類或蝴蝶的遷徙路線附近并慶祝它們的年度回歸?;蛘?,您可能對螞蟻入侵您的食品儲藏室看似一心一意感到驚訝

        將這種專門的神經系統作為人工智能模型可能被證明與研究人腦一樣有價值,甚至更多。想想你儲藏室里那些螞蟻的大腦。每個都有大約 250,000 個神經元。較大的昆蟲有接近100萬只。在阿爾伯克基桑迪亞國家實驗室的研究中,我研究了其中一種大型昆蟲蜻蜓的大腦。我和我在國家安全實驗室桑迪亞的同事們希望利用這些昆蟲的專長來設計計算系統,這些系統針對攔截來襲導彈或跟蹤氣味羽流等任務進行了優化。通過利用蜻蜓神經系統的速度、簡單性和效率,將蜻蜓視為未來計算機系統的先驅似乎有悖常理。制造新聞的人工智能和機器學習的發展通常是模仿人類智能甚至超越人類能力的算法。在某些特定任務上,例如在醫學掃描中檢測癌癥,神經網絡已經可以表現得與人類一樣好——如果不是更好的話。這些神經網絡的潛力遠遠超出了視覺處理。通過自我對弈訓練的計算機程序AlphaZero是世界上最好的圍棋選手。它的兄弟 AI AlphaStar躋身星際爭霸 II最佳玩家之列。

        然而,這樣的壯舉是有代價的。開發這些復雜的系統需要大量的處理能力,通常只有選擇擁有最快超級計算機和支持它們的資源的機構才能使用。而且能源成本令人反感。 最近的估計表明,開發和訓練自然語言處理算法所產生的碳排放量大于四輛汽車在其生命周期中產生的碳排放量。

        復制蜻蜓大腦,使導彈防御系統更加靈活

        蜻蜓只需要大約 50 毫秒就開始對獵物的動作做出反應。如果我們假設眼睛中的細胞需要 10 毫秒來檢測和傳輸有關獵物的信息,另外 5 毫秒讓肌肉開始產生力量,那么神經回路只剩下 35 毫秒來進行計算。鑒于單個神經元通常需要至少 10 毫秒來整合輸入,因此底層神經網絡可以至少有三層深。

        但是人工神經網絡真的需要大而復雜才能有用嗎?我相信不會。為了在短期內獲得受神經啟發的計算機的好處,我們必須在簡單性和復雜性之間取得平衡。

        這讓我想起了蜻蜓,一種有大腦的動物,可以為某些應用提供精確的平衡。

        如果您曾經遇到過蜻蜓,您就會知道這些美麗生物的縮放速度有多快,并且您已經看到了它們在空中驚人的敏捷性。隨便觀察一下,也許不太明顯的是它們出色的狩獵能力:蜻蜓成功捕獲了高達 95% 的獵物,一天吃掉數百只蚊子。

        蜻蜓的身體實力當然不會被忽視。幾十年來,美國機構一直在嘗試將蜻蜓設計用于監視無人機?,F在是時候把我們的注意力轉向控制這個微型狩獵機器的大腦了。

        雖然蜻蜓可能無法玩像圍棋這樣的戰略游戲,但蜻蜓確實展示了一種戰略形式,它在獵物當前位置之前瞄準以攔截它的晚餐。這需要以極快的速度執行計算——蜻蜓通常只需要 50 毫秒就可以開始轉動以響應獵物的動作。它在跟蹤頭部和身體之間的角度的同時這樣做,以便它知道哪個翅膀更快地扇動以在獵物前面轉動。它還會跟蹤自己的動作,因為當蜻蜓轉動時,獵物也會出現移動。


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        關鍵詞 :
        導彈防御系統
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