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Technologie d'IA inspirée de la mouche papillon
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Intégration optochimique inspirée du papillon. A) Abstraction simplifiée des stimuli visuels et chimiques chez les papillons mâles et de la voie d'intégration visuo-chimique chez les papillons femelles. b) Dispositifs neuronaux inspirés des papillons composés de MoS monocouche2 Neurones afférents visuels basés sur des transistors, neurones chimiorécepteurs basés sur le graphène et MoS2 Circuits de couplage de simulation neuronale basés sur des transistors. crédit: Matériaux avancés (2023). est ce que je: 10.1002/adma.202307380
Lorsqu'il s'agit d'accouplement, deux choses sont importantes pour les papillons Heliconius : l'apparence et l'odeur de leur partenaire potentiel. Les papillons noirs et orange ont un cerveau incroyablement petit, mais ils doivent traiter les deux entrées sensorielles en même temps, ce qui est plus que ce que les techniques d'IA actuelles peuvent réaliser sans consommation d'énergie importante.
Pour rendre l’IA aussi intelligente que les papillons, une équipe de chercheurs de Penn State a créé une plateforme d’IA multisensorielle plus avancée et utilisant moins d’énergie que les autres technologies d’IA.
Les techniques actuelles d’IA ne parviennent souvent pas à imiter les processus décisionnels multisensoriels utilisés par les humains et les animaux, ont indiqué les chercheurs. Cela pourrait limiter la possibilité d’utiliser l’IA dans des robots et des capteurs intelligents qui détectent des dangers tels que des structures défectueuses ou des fuites chimiques imminentes.
« Si vous pensez à l'intelligence artificielle dont nous disposons aujourd'hui, nous disposons de très bons processeurs d'images qui s'appuient sur des processeurs visuels ou d'excellents processeurs de langage qui utilisent la voix », a déclaré Saptarshi Das, professeur agrégé de sciences de l'ingénierie et de mécanique et auteur correspondant de l'étude. publié dans Matériaux avancés.
« Mais quand on pense à la plupart des animaux ainsi qu'aux humains, la prise de décision repose sur plus d'un sens. Bien que l'IA fonctionne bien avec une seule entrée sensorielle, la prise de décision multisensorielle ne se produit pas avec l'IA actuelle. »
Les papillons Heliconius choisissent un partenaire via un signal visuel simultané (constatant que le motif des ailes du partenaire potentiel est en fait celui du papillon Heliconius) et un signal chimique provenant des phéromones libérées par l'autre papillon. Il est à noter que le papillon y parvient grâce à un petit cerveau qui utilise un minimum d'énergie, a déclaré Das. Cela contraste directement avec l’informatique moderne, qui consomme une grande quantité d’énergie.
« Les cerveaux des papillons et de nombreux autres animaux sont très petits et utilisent de faibles quantités de ressources, à la fois en termes d'énergie utilisée et de taille physique du cerveau », a déclaré Das. « Cependant, ils effectuent des tâches arithmétiques qui reposent simultanément sur plusieurs entrées sensorielles. »
Pour simuler électroniquement ce comportement, les chercheurs se sont tournés vers une solution potentielle impliquant des matériaux 2D, d’une épaisseur de un à quelques atomes. Les chercheurs ont développé une plateforme de dispositifs composée de deux matériaux 2D, le sulfure de molybdène (MoS).2) et du graphène.
ministère de Commerce2 Une partie de la plate-forme matérielle est un bus mémoire, un dispositif électronique capable d'effectuer des opérations de mémoire et d'informations. Les chercheurs ont choisi MoS2 Pour ses capacités de détection de la lumière, qui imitent les capacités visuelles d'un papillon.
La partie graphène de l'appareil est un transistor chimique capable de détecter des molécules chimiques et d'imiter la détection d'une phéromone dans le cerveau d'un papillon.
« Le signal visuel et le signal chimique de la phéromone déterminent si la femelle papillon s'accouplera ou non avec le papillon mâle », a déclaré le co-auteur Subir Ghosh, étudiant en deuxième année de doctorat en ingénierie et sciences mécaniques.
« Nous avons donc eu une idée inspirée par cela, en réfléchissant à la manière dont nous pouvons obtenir des matériaux 2D dotés de ces capacités. »2 Le graphène chimiquement actif peut être combiné pour créer une plate-forme optochimique intégrée pour l'intelligence artificielle et l'informatique neuronale.
Les chercheurs ont testé leur appareil en exposant le capteur bi-matériau à différentes lumières colorées, en simulant des signaux visuels et en appliquant des solutions avec différentes compositions chimiques qui ressemblent aux phéromones libérées par les papillons de nuit.
L'objectif était de voir dans quelle mesure leur capteur pouvait intégrer les informations provenant à la fois d'un photodétecteur et d'un capteur chimique, de la même manière que le succès de l'accouplement d'un papillon dépend de la correspondance de la couleur des ailes et de la force des phéromones.
En mesurant la réponse de sortie, les chercheurs ont déterminé que leur appareil pouvait intégrer de manière transparente des signaux optiques et chimiques. Ils ont déclaré que cela mettait en évidence la capacité de leurs capteurs à traiter et interpréter simultanément divers types d’informations.
« Nous avons également introduit l'adaptabilité dans nos circuits de capteurs, de sorte qu'un signal puisse jouer un rôle plus important qu'un autre », a déclaré Yikai Zheng, doctorant de quatrième année en sciences de l'ingénieur et mécanique et co-auteur de l'étude. « Cette adaptabilité est similaire à la façon dont une femelle papillon ajuste son comportement d'accouplement en réponse à différents scénarios dans la nature. »
Les chercheurs ont déclaré que la double détection dans un seul appareil est également plus économe en énergie que le fonctionnement actuel des systèmes d’IA. Ils collectent les données de différents modules de capteurs puis les transmettent à l'unité de traitement, ce qui peut entraîner des retards et une consommation d'énergie excessive.
Ensuite, les chercheurs ont déclaré qu'ils prévoyaient d'incorporer deux sens dans leur appareil à trois, imitant la façon dont les homards utilisent des signaux visuels, tactiles et chimiques pour détecter leurs proies et leurs prédateurs. L’objectif est de développer des dispositifs d’IA capables de gérer des scénarios décisionnels complexes dans divers environnements.
« Nous pourrions avoir des systèmes de capteurs dans des endroits comme une centrale électrique, qui détecteraient des problèmes potentiels tels que des fuites ou des systèmes défaillants sur la base de plusieurs signaux sensoriels », a déclaré Ghosh. « Comme une odeur chimique, un changement de vibration ou la détection visuelle des points faibles. Cela aiderait mieux le système et les employés à identifier rapidement ce qu'ils devaient faire pour résoudre le problème, car cela ne reposait pas uniquement sur un sens, mais sur plusieurs sens. »
Plus d'information:
Yicai Zeng et al., Plateforme neuronale multisensorielle inspirée du papillon pour l'intégration de signaux visuels et chimiques, Matériaux avancés (2023). est ce que je: 10.1002/adma.202307380
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La Chine construit un réseau de radars pour soutenir les prévisions météorologiques spatiales mondiales-China.org.cn
Cette image non datée fournie par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) montre des radars à diffusion cohérente haute fréquence situés dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans le nord-ouest de la Chine. [Photo/Xinhua]
La Chine a construit un réseau de radars à haute fréquence aux latitudes moyennes dans les régions du nord du pays afin de fournir des données de détection de haute qualité pour les prévisions et les alertes météorologiques spatiales mondiales.
Le premier lot de résultats de découvertes scientifiques du réseau a été publié lors d’un atelier international sur le réseau de radars super doubles auroral (SuperDARN), qui s’est ouvert lundi à Pékin.
Le réseau, établi par le Centre national des sciences spatiales (NSSC) de l’Académie chinoise des sciences, a été achevé en octobre 2023. Il fait également partie de la deuxième phase du projet chinois Meridian, un réseau de surveillance de la météo spatiale comprenant des stations au sol.
Le Conseil de sécurité nationale a déclaré que la Chine avait réalisé de nouvelles avancées dans la technologie des radars à diffusion cohérente à haute fréquence et dans la recherche scientifique, et qu’elle s’efforcerait d’approfondir la coopération internationale dans ce domaine.
L’ionosphère abrite toutes les particules chargées de l’atmosphère terrestre. Il abrite également de nombreux vaisseaux spatiaux, notamment des stations spatiales. Les scientifiques affirment que des irrégularités dans l’ionosphère pourraient perturber les signaux.
Six radars à diffusion cohérente à haute fréquence ont été installés dans la province du Jilin, dans la région autonome de Mongolie intérieure et dans la région autonome ouïgoure du Xinjiang, dans les régions du nord de la Chine.
Cette série de radars à haute fréquence permet une détection continue et à grande échelle des irrégularités ionosphériques dans les latitudes moyennes et élevées du secteur asiatique. La portée de détection peut atteindre 4 000 kilomètres du sud au nord, et la portée est-ouest dépasse 12 000 kilomètres, selon le NSSC.
La série de radars à haute fréquence devrait rejoindre le réseau SuperDARN, un réseau mondial de radars scientifiques qui surveillent les conditions dans l’environnement spatial proche de la Terre et permettent l’échange et le partage de données en temps réel avec des bases de données au Royaume-Uni et au Canada.
SuperDARN, qui compte des membres provenant de dizaines de pays, dont le Royaume-Uni, les États-Unis, le Canada, le Japon, la Chine, la France, l’Italie, la Norvège, l’Australie et l’Afrique du Sud, est également l’une des principales organisations internationales participant à l’International Meridian Circle. Le programme proposé par la Chine.
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Des courants d’étoiles étonnamment anciens pourraient être les éléments constitutifs de la Voie Lactée
Une visualisation de la Voie Lactée mettant en évidence deux flux d’étoiles anciennes récemment découverts, Shiva (vert) et Shakti (rose). Crédit : S. Payne-Wardenar / K. Mallahan/MPIA
Les archéologues hongrois, déchiffrant l’arbre généalogique complexe de notre galaxie, ont découvert deux autres branches : des flux primordiaux de milliers d’étoiles près du cœur de la Voie lactée qui pourraient être deux de ses premiers morceaux il y a au moins 12 milliards d’années. Les anciens amas se sont probablement formés avant même que le disque et les bras spiraux de la Voie lactée ne commencent à se former, fournissant ainsi de nouvelles informations sur la façon dont notre galaxie vieille de 13,6 milliards d’années s’est formée à ses débuts et s’est assemblée vers la spirale organisée que nous connaissons aujourd’hui.
Les étoiles des deux courants ont entre 12 et 13 milliards d’années, si vieilles que leurs découvreurs ont été étonnés de pouvoir les détecter, et encore moins les découvrir dans des amas aussi clairement distinguables. Les astronomes soupçonnent que ces filaments stellaires, chacun mesurant environ 10 millions de soleils, ont été laissés sur place lorsque leurs galaxies massives ont fusionné avec la Voie Lactée naissante, il y a environ 12 milliards d’années. Si cette hypothèse était confirmée par de futures observations, les astronomes auraient détecté la genèse de la Voie Lactée, représentant une époque où la Voie Lactée naissante se regroupait à la suite de multiples fusions avec des galaxies plus petites et malheureuses.
Les nouveaux brins d’étoiles ont été nommés Shiva et Shakti, en hommage au couple divin hindou dont l’union aurait créé l’univers. Shiva semble héberger environ 5 600 étoiles et Shakti environ 1 700 étoiles, et il reste probablement beaucoup d’autres étoiles à découvrir.
Shiva et Shakti sont « deux ajouts fascinants à la famille des mystères que nous accumulons dans les amas de la Voie lactée », explique Bob Benjamin, astronome à l’Université du Wisconsin-Whitewater, qui n’a pas été impliqué dans la découverte mais dans ses recherches. Se concentre sur la structure de la Voie Lactée. « Il y a un grand enthousiasme autour de cette idée car nous pouvons maintenant voir de très nombreux morceaux de la galaxie avec leurs propres histoires individuelles se réunir pour créer la galaxie que nous connaissons et aimons. »
Messages mitigés
Les étoiles de Shiva et de Shakti orbitent sur des « orbites tout à fait uniques » autour de la Voie lactée qui diffèrent des étoiles laissées par d’autres fusions de galaxies, explique Khyati Malhan de l’Institut Max Planck d’astronomie (MPIA) en Allemagne, qui a dirigé la découverte. Bien qu’ils soient les restes de deux galaxies distinctes, la composition chimique des deux amas d’étoiles est assez similaire, ce qui indique que leurs galaxies mères étaient également denses, explique Malhan.
Malhan et son collègue Hans-Walter Rex du MPIA ont découvert les étoiles en analysant les données envoyées par l’Observatoire européen Gaia, qui cartographie les mouvements et les spectres de millions d’étoiles dans notre galaxie. Il décrit le duo Shiva et Shakti un peu plus loin dans un article publié en mars dans la revue Journal d’astrophysique.
Pour reconstituer l’histoire de notre galaxie, les astronomes classent généralement les étoiles en deux groupes : celles nées à l’intérieur de notre galaxie et celles à l’extérieur de notre galaxie qui ont été absorbées par les puissantes forces de marée de notre galaxie. Les deux groupes ont généralement des compositions chimiques distinctes. Les étoiles in situ comme celles qui habitent le disque de notre galaxie sont riches en éléments plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, dont le fer. Ces éléments se forment lorsque les étoiles sont « bien cuites sous pression » dans l’environnement dense de notre galaxie, explique Malhan. En revanche, les étoiles ex situ telles que celles dispersées dans la couronne relativement clairsemée ne contiennent pas de grands réservoirs de métaux lourds.
Étonnamment, les données de Gaia montrent que Shiva et Shakti manquent de fer, ce qui suggère qu’ils sont nés en dehors de notre galaxie et ont ensuite fusionné, mais qu’ils sont riches en d’autres éléments lourds généralement attribués aux étoiles locales. « C’est là que Shiva et Shakti nous envoient des signaux mitigés », dit Malhan. La précision cosmique a brouillé la véritable origine de ces étoiles, ce qui a pour effet d’améliorer notre compréhension des débuts de l’histoire de la Voie Lactée.
«Ils présentent un casse-tête intéressant», explique Benjamin. « En tant que scientifique, j’aime cette partie car elle signifie que nous avons des débats. »
Les étoiles nouvellement découvertes sont peut-être nées sur place, puis déplacées des profondeurs de notre galaxie vers leur site de découverte à environ 26 000 années-lumière du centre. Cela serait dû à la bande centrale de la Voie lactée, la structure dense de plusieurs milliers d’années-lumière qui relie les bras spiraux de la galaxie. Tout comme un ventilateur rotatif pousse les molécules d’air dans des poches denses, la barre tourbillonnante de notre galaxie « saisit » les étoiles, les rassemblant en amas bondés. Le « bar trapping », qui piège les étoiles sur des orbites en harmonie avec les orbites des barres, explique la chimie observée des nouvelles étoiles « assez simplement et facilement », explique l’astronome Vasiliy Belokurov de l’Université de Cambridge, qui étudie la formation des galaxies ( même s’il n’en était pas un). Participation à la nouvelle étude). « La bande aide : elle fait ressortir ces étoiles et nous les présente en quelque sorte. »
Si les étoiles ne sont qu’un artefact de la rotation de la barre, Malhan et Rex soutiennent que la chimie des nouvelles étoiles devrait être similaire aux débris d’une autre fusion de galaxies appelée Gaia-Sausage-Encelade d’il y a 10 milliards d’années, dont les restes représente un amas de galaxies. Des étoiles bleues dans le halo de notre galaxie. « Jusqu’à présent, cela ne semble pas être le cas », déclare Malhan.
«Le temps nous le dira», dit Benjamin. « Pour les raisons qu’ils ont données, je pense qu’ils ont la bonne explication. »
Cependant, tout le monde n’est pas convaincu que les débris du GSE constituent une comparaison précise avec les nouvelles étoiles. Belokurov souligne que les étoiles restantes de la fusion GSE ne passent pas de temps près du centre de la Voie lactée, où elles pourraient interagir avec sa barre, donc « elles ne peuvent pas vraiment être piégées », dit-il. « Une fois que vous réalisez cela, cela fait pencher la balance dans l’autre sens. »
Bien que Belokurov applaudisse la transparence de l’équipe en soulignant des alternatives à l’explication principale, il existe « une confusion de leur part quant à ce à quoi devrait ressembler la chimie de ces structures centrales si elles faisaient partie de la couronne piégée et tournée par la barre », dit-il. . .
Les données provenant du vaisseau spatial Gaia, dont le lancement est prévu début 2026, incluront des étoiles faibles et fourniront plus de détails sur l’origine de Shiva et Shakti. Même si les nouvelles étoiles finissent par ne pas être représentatives de la façon dont la Voie Lactée s’est formée, elles pourraient quand même révéler des indices intéressants sur la façon dont elle a évolué au fil des éons, dit Benjamin. « Pour moi, c’est tout aussi excitant. »
L’archéologie hongroise à travers les yeux de Gaia
Au cours d’entretiens, Benjamin, Malhan et d’autres astronomes ont loué à plusieurs reprises le vaisseau spatial Gaia pour son poids révolutionnaire dans le déchiffrement de l’histoire de notre galaxie. Malhan souligne qu’il y a à peine dix ans, la première fusion connue avec notre Voie lactée a eu lieu il y a 6 milliards d’années, lorsque la galaxie naine du Sagittaire est tombée dans notre galaxie. Précisément Cartographie des étoiles par Gaia Cependant, à partir d’étoiles de plus en plus faibles, les astronomes ont découvert en 2019 des débris issus d’une fusion GSE il y a 10 milliards d’années. La prétendue infusion de Shiva et Shakti révélée par Gaia il y a 12 milliards d’années ramène les astronomes dans le temps.
« C’est comme si quelqu’un disait : ‘Nous allons vous offrir chaque année une nouvelle paire de lunettes, qui amélioreront votre vision chaque année' », explique Benjamin. « Pense à quel point tu es excité. »
« Tous les outils et les connaissances que nous appliquons aujourd’hui existaient dans une certaine mesure il y a dix ans », ajoute Malhan. Cependant, les données de Gaia fournissent les vues les plus claires à ce jour de notre galaxie remontant à ses tout premiers débuts, dit-il. « C’est grâce à Gaia. »
Bien sûr, notre Voie lactée n’est pas la seule galaxie à avoir l’habitude de cannibaliser ses plus petits membres. Les astronomes savent grâce aux simulations cosmologiques que chaque galaxie évolue – et parfois se déchire – à travers des fusions qui se produisent sur des milliards d’années. Cependant, la rapidité avec laquelle une galaxie grandit ou meurt dépend en grande partie de facteurs exclusifs à sa situation dans notre univers, tels que la dispersion de son habitat avec d’autres galaxies.
« Chaque galaxie a sa propre histoire », explique Benjamin. « Mais ce qui est spécial dans notre galaxie, c’est que nous pouvons reconstituer son histoire. »
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