2023年05月05日发布 | 1167阅读

BCI-T:综述 | 柔性传感器在人工智能增强的智能感知系统中进展

杨艺

首都医科大学附属北京天坛医院

达人收藏


    摘  要

智能感知是指在人工智能驱动的“大脑”的辅助下,柔性传感器实现类似于人脑对外部信息的记忆、学习、判断和推理能力。由于机器学习算法在数据处理和智能识别方面的优势,所构建的智能感知系统拥有媲美甚至超越人类感知系统的能力。
韩国光云大学博士牛闳森、殷菲菲全面回顾了用于构建柔性传感器的最具代表性的功能材料和创新结构,进一步总结了基于柔性传感器和机器学习算法的智能感知系统的研究进展,两者的交叉融合有望为下一阶段的人工智能发展解锁新机遇。
    文章简介
感知是指外界刺激作用于感官时,大脑对外界的整体看法和理解,为我们对外界的感官信息进行组织和解释。在认知科学中,也可看作一组程序,包括获取信息、理解信息、筛选信息和组织信息。其中,信息获取是实现感知过程最重要且首要的环节。人类和高等动物拥有丰富的感觉器官,可以通过视觉、听觉、味觉、触觉、嗅觉和直觉(第六感)感受外界刺激,获取环境信息。受此启发,研究人员研制出一系列可媲美甚至超越人类感官能力的柔性传感器。与传统、笨重、刚性材料的电子器件不同,柔性传感器表现出独特的柔韧性能、可拉伸性能和传感性能,这些特性可以通过引入功能材料和创新结构得到进一步提升。柔性传感器可以在动态和不规则表面上形成紧密附着,大大减少外界刺激的干扰,实现高保真、高精度的数据采集。
利用不断发展的人工智能技术构建模仿人类感知过程的智能感知系统,是实现真正智能化的有效途径。智能感知不仅包括各种柔性传感器获取外界信息和数据的能力,还包括通过记忆、学习、判断、推理等过程感知环境、材料种类和物体属性的能力(图1)。高性能柔性传感器采集大量信息数据,然后使用机器学习算法进行分析和处理。与传统算法不同,机器学习是一类从数据中自动分析规律,并利用规律对未知数据进行预测的算法,并且它们在智能感知系统中往往具有更好的预测能力。

图1 智能感知系统的关键组件(柔性传感器和机器学习算法)示意图。


这篇综述重点介绍了柔性传感器及其智能感知系统的最新研究进展。特别是,我们全方位回顾了构建柔性传感器最具代表性的功能材料和创新结构,并讨论了基于不同环境信息的各种机器学习算法辅助智能感知系统。功能材料包括1D/2D/3D纳米材料、导电聚合物、液态金属、离子液体;创新结构包括单面、互锁、3D多孔、裂纹、纺织、波浪/皱纹、蛇形线和剪纸结构;智能感知系统包括手势感知、姿态感知、抓取物体感知、纹理感知、语音感知和材料感知(图2)。最后,详细讨论了柔性传感器及其相应的智能感知系统面临的挑战和未来机遇。由于此类研究仍处于起步阶段,本文所涵盖的工作主要来自近些年。然而,随着该领域的不断成熟,最终会有足够数量的技术迭代,以提供更全面的视角和演变时间表。

图2 用于构建柔性传感器的各种功能材料和创新结构,以及柔性传感器在智能感知系统中的潜在应用。
    展望
展望未来,尽管近年来在柔性传感器和机器学习技术领域取得了长足进步,并且两者交叉融合所构建的智能感知系统为人工智能下一阶段的发展提供了新的机遇,但在单个领域或两者的交叉点仍有许多挑战需要解决,如图3所示。

图3 智能感知系统(柔性传感器、机器学习算法和硬件电路)的未来挑战。
来源:CAAI认知系统与信息处理专委会



图片

专栏作者

图片

杨艺 副主任医师

首都医科大学附属北京天坛医院

中共党员,退役军官(文职4级,技术7级)。北京大学医学部八年制医学博士(2002-2010年),博士后(2015-2017年)。首都医科大学附属北京天坛医院副主任医师(2019年-)。


十余年来依托团队平台,聚焦于意识障碍疾病的系统诊断、预后预测和神经调控治疗,以及脑机接口新型技术的临床应用研究,在“昏迷与意识障碍领域”近5年Scholarly学术排名中,亚太地区排第二,全球排第十六。


2018年入选北京市科技新星,2019年荣获中国人民解放军个人三等功,2021年入选北京脑科学与类脑研究中心青年学者,北京脑重大研究院特聘教授,荣获北京医学科技奖二等奖(排名第二)。2022年作为项目负责人获批“科技创新2030脑科学与类脑研究”专项青年科学家项目,同年获得树兰医学青年奖提名,亚太Hygeia女神经外科医生奖。2023年荣获全国巾帼建功标兵称号。曾获“为兵服务十佳医生”,“优秀共产党员”等称号。


承担科技部重点研发专项、国家自然基金项目、国防创新特区项目、北京自然基金项目、博士后基金等15项项目,主要参与项目15项,总科研经费近千万。以第一作者/通讯作者(共同)发表SCI论文 16篇,最高影响因子9.893;中文核心25篇。主译《意识障碍:脑功能与响应性》,副主译《昏迷与意识障碍》,参编参译专业书籍十余本。获得意识障碍应用领域专利4项。担任多部学术期刊审稿专家。


担任中国医师协会神经修复分会神经网络重建专委会副主任委员,中国女医师协会神经外科分会常务委员,中国神经科学学会神经损伤与修复分会委员,中国脑机接口产业转化联盟委员,中国康复学会颅脑创伤与修复分会委员,中国研究型医院学会脑认知与神经调控专委会委员,北京医师协会神经损伤与修复分会慢性意识障碍学组委员,中国神经科学学会意识与意识障碍分会秘书等多项学术任职。

更多精彩内容 请关注作者

https___www.medtion.com_app_subspecialty_index.html_channelId=3&channelTitle=功能&mpId=729&ocsId=787.png

点击扫描上方二维码,查看更多“功能”内容


声明:脑医汇旗下神外资讯、神介资讯、神内资讯、脑医咨询、Ai Brain 所发表内容之知识产权为脑医汇及主办方、原作者等相关权利人所有。

投稿邮箱:NAOYIHUI@163.com 

未经许可,禁止进行转载、摘编、复制、裁切、录制等。经许可授权使用,亦须注明来源。欢迎转发、分享。

最新评论
发表你的评论
发表你的评论

数字神经外科

219内容628阅读

进圈子
来自于专栏