Human-like machine tactile sensation using recurrent temporal and spacial reduction

使用循环时间和空间缩减的类人机器触觉

基本信息

批准号：
22H00542
负责人：
野間春生
金额：
$ 26.79万
依托单位：
Ritsumeikan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00542/
关键词：
触覚センサ MEMS AI 触覚ロボット FPGA Echo State Network Tactile Sensor Human Perseption Robot Haptics

项目摘要

ヒトの触覚は、対象物に触れながら機械的刺激を知覚することでその物体の細やかな形状や表面状態を触り心地として検出できる。本研究では触覚受容器から「知覚」する信号処理機構と、触覚を「認識」するための認識処理機構の2段構成システムによって、ヒトのように高速多入力処理可能な触覚信号処理システムの実現を目指す。本研究室において開発された人工触覚受容器である MEMS 触覚センサは、ヒトの触覚受容器に相当する密度で分布させることが可能なサイズを実現している。一方、先行研究におけるセンサの読み出し回路は、典型的なホイートストンブリッジを使ったアナログ回路であるが、この構成では、回路規模や消費電力の観点から対応できる触覚受容器数に限りがあった。これを解決するために、本研究では MEMS 触覚センサの抵抗値変化をデジタルパルスの密度として出力し、タスクや状況に合わせて再構成可能なパルスベースの触覚情報処理システムの開発を目指した。ここでは、まず Field Programmable Gate Array(FPGA) 上にデジタルパルスを用いる Spike Perceptron を構成し、MEMS 触覚センサからの入力を専用ハードウェアによって処理する基本的な枠組みを提示した。また、ソフトウェア上で学習した Multi-Layer Perceptron(MLP) のパラメータを Spike Perceptron に適用することで、その動作を確認した。加えて、各Spike Perceptron が非同期的に動作する Asynchronous Spike Perceptron をFPGA 上に実装し、MLPに限らずリカレント構造をもつ Echo State Network(ESN) といったより複雑なモデルをハードウェア上に構成し、同様に動作を確認した。

人类的触觉能够通过触摸物体时感知机械刺激来检测物体的精细形状和表面状况作为触觉。在这项研究中，我们将通过使用由触觉感受器“感知”的信号处理机制和“感知”触觉的识别处理机制组成的两级系统，创建一个能够像人类一样进行高速多输入处理的触觉信号处理系统。识别”触觉。瞄准。 MEMS触觉传感器是该实验室开发的一种人工触觉感受器，其尺寸使其能够以与人类触觉感受器相当的密度分布。另一方面，先前研究中的传感器读出电路是使用典型惠斯通电桥的模拟电路，但由于电路规模和功耗，这种配置在可支持的触觉接收器的数量方面受到限制。为了解决这个问题，本研究旨在开发一种基于脉冲的触觉信息处理系统，该系统将MEMS触觉传感器的电阻变化输出为数字脉冲密度，并且可以根据任务或情况重新配置。在这里，我们首先构建了一个在现场可编程门阵列 (FPGA) 上使用数字脉冲的尖峰感知器，并提出了使用专用硬件处理来自 MEMS 触觉传感器的输入的基本框架。我们还通过将在软件上学习到的多层感知器（MLP）参数应用于 Spike 感知器来确认 Spike 感知器的操作。此外，我们还在 FPGA 上实现了异步尖峰感知器，其中每个尖峰感知器异步运行，并且不仅在硬件上配置了 MLP，还配置了更复杂的模型，例如具有循环结构的回声状态网络 (ESN)。操作被确认。