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【人工智能】隐形触摸：AI 可以感知和测量表面

七元宇宙

2024-11-24

导读：基于 AI 的技术正在快速学习观察、交谈、计算和创造。然而，它们仍然做得不够好的一件事是测量或“感受”表面——这是一种纯粹的机械功能。

基于人智能的技术正在快速学习观察、交谈、计算和创造。然而，它们仍然做得不够好的一件事是测量或“感受”表面——这是一种纯粹的机械功能。

史蒂文斯大学物理学教授 Yong Meng Sua 表示：“通过计算机视觉和物体识别方面的进步，人工智能(AI)或多或少已经获得了视觉。但它尚未发展出类似人类的触觉，例如，无法区分粗糙的报纸和光滑的杂志纸。”

直到现在，情况才有所改变。史蒂文斯尖端的量子科学与工程中心 (CQSE) 的研究人员刚刚展示了一种让 AI 拥有感知能力的方法。

医药、制造等行业的精确计量

Sua 与 CQSE 主任 Yuping Huang 以及博士生 Daniel Tafone 和 Luke McEvoy '22 MS '23 合作，设计了一个量子实验室装置，将光子发射扫描激光器与新的算法 AI 模型相结合，经过训练可以分辨出用这些激光对各种表面进行成像时的差异。

“这是 AI 和量子的结合，”Tafone 解释道。

他们的系统本月发表在《应用光学》杂志[第 63 卷，第 30 期] 上，该系统将一束特制的光束以短脉冲的形式照射到物体表面，以“感知”物体。反射的、散射的光子从目标物体返回，携带着斑点噪声，这是一种随机出现在图像中的缺陷。

斑点噪声通常被认为不利于清晰、准确的成像。然而，史蒂文斯团队的系统采用了不同的方法：它使用经过精心训练的 AI 来检测和处理这些噪声伪影，这些 AI 可以将它们的特征解读为有价值的数据。这使得系统能够准确地辨别物体的地形。

“我们利用了整个表面不同照明点的光子数量变化，”塔丰说。

研究团队使用了 31 张工业砂纸作为实验目标，这些砂纸表面粗糙度各异，厚度从 1 到 100 微米不等。（作为比较，人类头发的平均厚度约为 100 微米。）锁模激光器产生瞄准样品的光脉冲。

这些脉冲穿过收发器，遇到砂纸，然后通过系统反弹回来，以供团队的学习模型进行分析。

在早期测试中，该团队的方法平均均方根误差 (RMSE) 约为 8 微米；在处理多个样本并取平均结果后，其准确度显著提高至 4 微米以内，可与目前使用的最佳工业轮廓仪设备相媲美。

“有趣的是，我们的系统最适合处理粒度最细的表面，例如金刚石研磨膜和氧化铝，”Tafone 指出。

他补充说，新方法可能适用于多种应用。

例如，在尝试检测皮肤癌时，人类检查者经常会犯错误，将看起来非常相似但无害的疾病与可能致命的黑色素瘤混淆。

黄解释说：“痣粗糙度的微小差异太小，无法用人眼看到，但可以用我们提出的量子系统测量，可以区分这些情况。”

“量子相互作用提供了丰富的信息，使用 AI 快速理解和处理它是下一步合乎逻辑的步骤。”

同样，零部件的制造质量控制通常取决于极小的距离，这可能意味着完美零件和微小缺陷之间的差异，而微小缺陷最终可能会导致危险的机械故障。

黄总结道：“由于 LiDAR 技术已广泛应用于自动驾驶汽车、智能手机和机器人等设备，我们的方法通过极小规模的表面特性测量丰富了它们的功能。”

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