ИИ научили «чувствовать» и измерять поверхности

Искусственный интеллект активно учится видеть, разговаривать, вычислять и создавать. Однако одна из функций, которая у него пока плохо работает — ощущение поверхности.

«ИИ более-менее обрел зрение благодаря достижениям в области компьютерного зрения и распознавания объектов. Однако он еще не развил человеческое чувство осязания, позволяющее отличать, например, шероховатую газетную бумагу от гладкой и глянцевой журнальной», — отмечает профессор физики Центра квантовой науки и инженерии Стивенса Ён Мен Су. 

Однако Су и другие исследователи центра Стивенса разработали метод, дающий ИИ возможность «ощущать» поверхности. Они создали квантовую лабораторную установку, сочетающую в себе лазер, сканирующий поверхности, с новыми алгоритмическими моделями ИИ, обученными различать поверхности по изображениям с лазера. Это синтез ИИ и квантовых технологий, отмечают ученые.

Специально созданный световой луч направляется на поверхность короткими импульсами для ее определения. Обратно от целевого объекта возвращаются отраженные фотоны, несущие спекл-шум — случайный дефект изображения. Обычно спекл-шум мешает получению четких изображений, но система Стивенса предлагает иной подход. Она анализирует и обрабатывает артефакты шума, причем ИИ обучен интерпретировать их как ценные данные. Это позволяет системе точно определять топографию объекта. 

Ученые использовали 31 образец промышленной наждачной бумаги с разной шероховатостью — от 1 до 100 микрон в толщину. Лазеры генерировали световые импульсы, направленные на образцы, и импульсы проходили через приемопередатчики, встречались с наждачкой и возвращались обратно для анализа моделью ИИ.

После обработки нескольких образцов точность модели улучшилась до 4 микрон, что сопоставимо с лучшими промышленными профилометрами — приборами, предназначенными для измерения неровностей поверхности. Система лучше всего работала на самых мелкозернистых поверхностях, таких как алмазная лаппинг-пленка и оксид алюминия.

Новый метод может быть полезен в различных областях, считают исследователи. Например, при попытках обнаружить рак кожи часто допускаются ошибки, когда врачи путают схожие на вид, но безвредные образования с потенциально опасными меланомами. Крошечные различия в шероховатости родинок, слишком маленькие для человеческого глаза, но измеряемые с помощью квантовой системы, могут отличать эти состояния.