8 Minutės
Mokslininkai praneša apie anksčiau neatpažintą žmogaus gebėjimą – tam tikrą „nuotolinį lietimą“, leidžiantį žmonėms aptikti objektus, paslėptus po smėliu ar dirvožemiu, nepalietus jų tiesiogiai. Šis atradimas, pristatytas konferencijoje IEEE ICDL 2025 ir paskelbtas IEEE Xplore, keičia mūsų supratimą apie taktilinę (haptinę) percepciją ir atveria naujas kryptis robotikai, archeologijai bei planetų tyrinėjimams. Straipsnyje aptariami eksperimentų protokolai, fizikiniai mechanizmai, robotų modeliavimas ir galimos taikymo sritys, įskaitant praktinius patarimus tolimesniems tyrimams ir jutiklių dizainui.
Atranka: netikėtas septintas pojūtis paslėptiems objektams
Dažniausiai kalbame apie penkis pojūčius, kartais įtraukiame šeštąją „intuitą“ ar nuojautą. Dabar Londono Queen Mary universiteto mokslininkai siūlo atskirą septintąją gebą: nuotolinį lietimą (angl. remote touch). „Šis atradimas keičia mūsų supratimą apie jutiminę percepciją ir taktilinio jutimo pasiekimus gyvuose organizmuose,“ teigia Elisabetta Versace, psichologijos profesorė ir Ready Minds laboratorijos direktorė Queen Mary universitete. Tyrimų grupės eksperimentai rodo, kad žmonės gali aptikti ir identifikuoti po plonu granuliuoto sluoksnio – pavyzdžiui, smėlio – paslėptus objektus, naudodami tik pirštų galus, net jei jie niekada tiesiogiai nepaliečia paslėpto daikto. Šis reiškinys išplečia haptinės informacijos suvokimo ribas ir pabrėžia, kad žmogaus nervinis tinklas yra jautrus labai subtiliems mechaniniams signalams.
Kaip vyko eksperimentas: jutimas per smėlį
ProtokoIas ir rezultatai
Pirmojoje bandymų serijoje savanoriams buvo nurodyta naudoti tik piršto galiuką, kad nustatytų, ar po sekliu smėlio sluoksniu yra objektas. Stebėtina, tačiau dalyviai teisingai identifikavo paslėptus daiktus maždaug 71% atvejų, nepaisant tarpusavyje susipynusių granulių. Aptikimo atstumas vidutiniškai siekė apie 6,9 centimetro, o mediana – maždaug 2,7 centimetro sėkmei. Šie rezultatai, pristatyti tarptautinėje mokymosi ir vystymosi konferencijoje IEEE ICDL 2025, rodo, kad itin smulkūs mechaniniai signalai, perduodami per granuliuotas medijas, gali būti suvokiami ir interpretuojami žmogaus nervų sistema. Eksperimentų dizainas apėmė kontrolinius bandymus, atsitiktinį objektų išdėstymą, skirtingo grūdelio medžiagas ir įvairius slėgio režimus, siekiant išskirti tikrus jutiminius signalus nuo triukšmo ar spėjimų.
Fiziniai mechanizmai: kaip tai įmanoma?
Iš pirmo žvilgsnio signalai, kuriuos sukelia po smėliu esantis objektas, atrodo labai menki. Fiziškai objektas sutrikdo aplinkinius grūdus, sukeldamas mažyčius poslinkius ir slėgio gradientus. Tradiciniai modeliai prognozuoja, kad tokie perturbacijos greitai nyksta per kelis milimetrus nuo kontakto taško. Tačiau tyrimų grupė derino kruopščius matavimus ir teorinius modelius ir nustatė, jog subtilūs poslinkiai gali plisti toliau per granuliuotą tinklą – kartais iki kelių centimetrų tam tikromis sąlygomis. Praktikoje tai reiškia, kad piršto galiukas, judantis per smėlį, aptinka silpnus grūdelių judėjimo bei vibracijos modelius, kurie išduoda paslėpto objekto buvimą. Analizė apėmė laiko ireagavimus, spektrinius vibracijos komponentų tyrimus ir koreliacijos matavimus tarp įvairių piršto judesių bei grūdelio reakcijų, leidžiančius atskirti fizines charakteristikas – kietumą, formą ir atstumą.
Be to, svarbų vaidmenį atlieka granulės geometrija ir sąlyčio sąlygos. Grūdelių dydis, forma, trintis ir tarpusavio atrama formuoja „grynąjį“ mechaninį kelią, per kurį sklinda jėgos. Net nedideli netolygumai – pvz., sluoksnio tankis, drėgmės lygis arba grūdų polidispersija – gali sustiprinti arba susilpninti signalo perdavimą. Šie niuansai svarbūs ir kuriant taktilinius jutiklius robotikai bei modeliuojant žmogaus jutimo mechanizmus.
Robotų reprodukcija: kaip mokyti mašinas „jausti“ iš toli
Siekiant ištirti praktinius panaudojimo aspektus, tyrėjai pakartojo žmogaus eksperimentą su taktiliniais jutikliais ant robotizuotos rankos. Jutiklių matrica fiksavo slėgį, vibracijas ir laiko priklausomus parametrus, o surinkti duomenys buvo panaudoti treniruoti ilgalaikės-trumpalaikės atminties (LSTM) neuroninį tinklą, skirtą klasifikuoti, ar po smėlio sluoksniu yra objektas. Robotas pasiekė žemesnį tikslumą – maždaug 40% teisingų atsakymų – tačiau galėjo aptikti objektus truputį didesniais atstumais, kai kuriuose bandymuose iki 7,1 centimetro. Skirtumas tarp žmonių ir robotų parodymų leidžia įžvelgti du svarbius aspektus: žmogaus strategijos veikia su mažesniais signalais ir sudėtingesnėmis interpretacijomis, o robotai gali būti optimizuoti detektuoti specifinius modelius arba veikti nuosekliai ten, kur žmogaus intuicija nepritaikoma.
Žmogaus duomenys kaip AI modelių šaltinis
„Įdomiausias dalykas buvo grįžtamojo ryšio ciklas tarp žmogiškų ir robotinių eksperimentų,“ aiškina Lorenzo Jamone, robotikos ir dirbtinio intelekto profesorius University College London. Žmogiškos elgsenos duomenys pagerino roboto mokymo rinkinį, o robotų atliekamų užduočių sėkmė paskatino naujas hipotezes apie sensoriuosius užuominus, kuriomis naudojasi žmonės. Šis tarpdisciplininis metodas – jungiant psichologiją, taktilinę sensoriškumą ir mašininį mokymąsi – rodo, kaip biologinė percepcija gali įkvėpti naujus jutiklių dizainus mašinoms. Praktiniu požiūriu tai reiškia, kad haptinės AI architektūros gali naudoti laiko eilučių modelius (pvz., LSTM, GRU) ir signalų apdorojimo žingsnius (filtravimas, spektrinė analizė), kad atpažintų granulinių medijų perduodamus mechaninius pėdsakus.
Toks abipusis keitimasis informacija tarp žmonių ir robotų taip pat leidžia sistemingai tirti kokias specifines taktilines savybes žmonės išnaudoja – ar tai yra vibracijos dažnių dalys, trukmė, asimetriški poslinkiai ar tam tikri slėgio gradientai. Atskleidus šiuos kriterijus galima optimizuoti jutiklių jautrumą, signalo stiprintuvus ir nuoseklesnį duomenų žymėjimą mokymams.
Nuo archeologijos iki Marso: galimi taikymai
Sužinojus, kad taktilinės užuominos gali plisti toliau per granuliuotas medijas nei manyta anksčiau, atsiveria plačios praktinės galimybės. Zhangchi Chen, doktorantas Queen Mary pažangiosios robotikos laboratorijoje, pažymi, kad „nuotolinis lietimas galėtų leisti neinvazines archeologines apžiūras, kai trapūs radiniai aptinkami be kasimo, arba suteikti nusileidimo moduliams ir roveriams galimybę jausti po smėliu slypinčias struktūras planetų paviršiuose, pavyzdžiui Marse.“ Tokiame kontekste robotai, aprūpinti jautriomis taktilinėmis matricomis ir dirbtiniu intelektu, galėtų dirbti ten, kur žmogaus lietimas arba optinė vaizdavimo technika yra ribota – drumzliname vandenyje, po dulkėtais sluoksniais arba pavojingose aplinkose.
- Archeologija: aptikti palaidotus artefaktus su minimaliu trikdymu ir be didelio kasimo.
- Robotika: gerinti haptinį jutimą manipuliacijai, paieškos–gelbėjimo užduotims ir paviršių apibūdinimui.
- Planetų mokslas: leisti roveriams tyrinėti požemines anomalijas Marse ar ledinėse mėnulio dangose, kur optika — nepakankama.
- Paieška ir gelbėjimas: lokalizuoti objektus arba išgyvenusius po griuvėsiais ar nuolaužomis, kur vaizdas nėra prieinamas.
Be to, paviršinės invazijos sumažinimas gali būti itin vertingas saugant jautrius archeologinius sluoksnius arba atliekant aplinkosaugines operacijas, kur grunto pažeidimas yra nepageidaujamas.
Ekspertų įžvalgos
Dr. Maya Rosenthal, taktilinės sensoriškumo tyrinėtoja NASA partneriškoje laboratorijoje, komentuoja: „Šis darbas perorientuoja lietimą kaip aktyvų, aplinkos procesą. Ne tik oda liečia paviršius – tai apie medžiagų mechaninės kalbos interpretavimą. Planetų robotikos srityje tai galėtų reikšti naujus žemai energijos suvartojantiems jutikliams gebėjimą ‚išklausyti‘ dirvožemius ir smėlius, kad rastų paslėptus objektus ar geologinius sluoksnius.“ Jos požiūris pabrėžia praktinius kelius: miniatiūrizuotos taktilinės matricos, derinamos su laiko neuraliniais tinklais, galėtų konvertuoti menkas mechanines žymes į naudotiną informaciją. Tokie jutikliai turėtų būti atsparūs dulkėms, veiksmingi skirtingose temperatūrose ir energetiškai efektyvūs, jei jie bus diegiami palydovuose ar roveriuose.
Ką tai reiškia jutimų neurologijai ir technologijoms
Septintosios jutimo idėja – nuotolinis lietimas – yra provokuojanti, bet paremta matuojamu elgesiu ir fizikos principais. Neuromokslui tai parodo, kokia išskirtinė yra žmogaus nervų sistemos jautrumo geba spatiotemporalinėms mechaninėms įvestims. Tai reiškia, kad sensoriniai neuronai, receptoriai odoje ir centrinės nervų sistemos interpretaciniai mechanizmai gali apdoroti laiko priklausomas ir erdvines vibracijas, atskiriamas nuo tiesioginio kontakto suvokimo. Ši išvada turi įtakos modeliavimo studijoms apie tai, kaip somatosensorinė informacija yra integruojama su kitomis jutimo sritimis, pavyzdžiui, propriocepcija ir regos nuojauta.
Technologiniu požiūriu tyrimas nubrėžia kelių metų kelią jutiklių ir algoritmų vystymui, kurie praplėstų lietimo pasiekiamumą už tiesioginio kontakto ribų. Autoriai savo darbe IEEE Xplore pažymi, kad tolesni darbai turi tikslintis granulinių medijų perdavimo modelius, optimizuoti taktilinių jutiklių dizainą ir tirti realaus pasaulio užduotis – nuo trapios radinių atkūrimo iki kosminių paviršių tyrinėjimo. Praktiniai iššūkiai apima triukšmo slopinimą, kalibravimą skirtingoms medžiagoms, energetinį efektyvumą ir ilgalaikį jutiklių patikimumą.
Ar tai vadinti nauju pojūčiu ar haptinės percepcijos išplėtimu, šis fenomenas stumia ribas, kaip organizmai ir mašinos gali rinkti informaciją iš fizinės aplinkos. Įsivaizduokite roverį, švelniai braukiantį smėlį toliau nuo savo kėbulo ir, be kasimo, nustatant po paviršiumi slypinčios uolos formą ar sluoksniuotos dirvos sandarą – tai mažas, bet reikšmingas žingsnis link išmanesnio ir subtiliau veikiančio tyrinėjimo. Be to, supratimas apie nuotolinį lietimą gali paskatinti naujas taikomasias sistemas žemės ūkyje (dirvos struktūros diagnostikai), statyboje (pamato ar užpildo nenutrūkstamam stebėjimui) ir saugos technologijose (požeminių griaučių ar vamzdžių aptikimui be kasimo).
Ateities tyrimai turėtų apimti platesnės statistinės apimties eksperimentus, daugiasluoksnius modelius, parametrinius tyrimus (grūdų tipas, drėgnumas, tempas) ir daugiadisciplinines komandas, kurios sujungs neuromokslą, mechaniką, robotiką ir mašininį mokymąsi. Tokia sinergija padės ne tik tiksliai apibrėžti fenomeną, bet ir kurti technologijas, kuriomis būtų galima praktiškai pasinaudoti šiomis neišreikštomis, bet reikšmingomis taktinėmis užuominomis.
Šaltinis: smarti
Palikite komentarą