【地震救人新突破！中科院利用高精度MEMS傳感器陣列研制出觸嗅一體智能仿生機(jī)械手】

1 月 16 日消息，據(jù)中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所消息，由地震、滑坡、塌方等掩埋事故造成的視覺感知障礙對受困人員的搜索和定位造成阻礙。

為了確保最佳救援時機(jī)，提升搜救成功率和生還率，依托國家科技創(chuàng)新 2030“新一代人工智能”重大項目，針對極端環(huán)境無視覺輸入情況下對受困人員的識別與救援需求，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員陶虎團(tuán)隊受自然界星鼻鼴鼠“觸嗅融合”感知啟發(fā)，將 MEMS 嗅覺、觸覺柔性傳感器陣列與多模態(tài)機(jī)器學(xué)習(xí)算法融合，構(gòu)建了仿星鼻鼴鼠觸嗅一體智能機(jī)械手（如圖）。

據(jù)介紹，得益于硅基 MEMS 氣體傳感器（靈敏度超越人類 1 個數(shù)量級）、壓力傳感器（探測限超越人類 1 個數(shù)量級）的優(yōu)異性能，該機(jī)械手手指觸摸物體后可準(zhǔn)確獲取其局部微形貌、材質(zhì)硬度和整體輪廓等關(guān)鍵特征，掌心可同步嗅出物體“指紋”氣味，進(jìn)一步通過仿生觸嗅聯(lián)覺 (BOT) 機(jī)器學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時處理，最終完成識別人體、確認(rèn)部位、判斷掩埋狀態(tài)、移開障礙物、閉環(huán)救援。

IT之家了解到，上海微系統(tǒng)所科研人員與應(yīng)急管理部上海消防研究所合作，通過到一線消防救援單位實(shí)地調(diào)研，真實(shí)還原構(gòu)建了人體被瓦礫石堆覆蓋的掩埋場景，在此環(huán)境下對包括人體在內(nèi)的 11 種典型物體進(jìn)行識別，觸嗅聯(lián)覺識別準(zhǔn)確率達(dá) 96.9%，較單一感覺提升了 15%。

相較麻省理工學(xué)院發(fā)表于 Nature（DOI：10.1038 / s41586-019-1234-z）的單一觸覺（548 個傳感器）感知研究，該工作通過觸（70 個）、嗅（6 個）聯(lián)覺，僅使用 1/7 數(shù)量的傳感器，達(dá)到了更理想的識別目的，并且縮小后的傳感器規(guī)模和樣本量更適合復(fù)雜環(huán)境、資源有限條件下的快速反應(yīng)和應(yīng)用。此外，面對在實(shí)際救援中常見的存在干擾氣體或器件部分損壞等情況，通過多模態(tài)感知的互補(bǔ)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速調(diào)節(jié)，該系統(tǒng)仍保持良好的準(zhǔn)確率（>80%）。

相關(guān)研究成果以 A star-nose-like tactile-olfactory bionic sensing array for robust object recognition in non-visual environments 為題，于 2022 年 1 月 10 日發(fā)表在 Nature Communications 上。