Органы чувств как источник информации об окружающем мире

Степной травы пучок сухой, Он и сухой благоухает! И разом степи надо мной Все обаянье воскрешает… Аполлон Майкэв «Емшан»

Мир, полный красок, звуков и запахов дарят нам наши органы чувств

Вероятно, в первый период существования жизни на Земле наша планета представлялась живым существам совершенно темным беззвучным миром. Постепенно они научились ощущать запахи, вкус, тепло и холод, прикосновения, приобретя тем самым осязание, обоняние, вкус – первые внешние чувства. С их помощью древние организмы искали пищу, уходили от опасностей. Постепенно первым существам открывался мир красок и звуков. Животные приобретали защитную окраску, научились тихо подкрадываться к добыче или затаиваться от врага. Все совершеннее становилось их восприятие, все разнообразнее воспринимаемый ими мир живой природы.

Представим себе, что человек стоит на берегу моря. Ветер бросает ему в лицо соленые брызги. Перед ним – бескрайняя синева и золотое солнце.
Он слушает шум моря, вдыхает его неповторимый запах. Человек чувствует себя сильным и счастливым, ощущает каждый свой мускул, все свое тело, крепко стоящее на земле. В его мозге рождается единый образ – море, который он уже никогда не забудет.

1. ОРГАН ЗРЕНИЯ

Через орган зрения человек получает наибольший объем информации по сравнению с другими органами чувств. «Стянутая рыбачья сеть, закинутая на дно глазного бокала и ловящая солнечные лучи» – так представил мудрый грек Герофил сетчатку глаза. Сетчатка, как доказал ученый, – именно сеть и именно ловящая… отдельные, единые и неделимые кванты лучистой энергии Солнца. Квантовый характер поглощения и возникновения излучения установлен в настоящее время для всего диапазона  электромагнитного спектра. Впервые гипотезу о возникновении излучения порциями энергии высказал в 1900 г. ученый Планка (1858–1947 гг.) (рис.1).

Рис.1. Планк Макс

По  чувствительности глаз приближается к идеальному физическому прибору, т.к. нельзя создать прибор, который зарегистрировал бы энергию меньше одного кванта.

E = h * v,

где h – постоянная Планка, равная 6,624*10^–27 эрг*с
v – частота излучения, с^–1

Этим уникальным свойством глаза воспользовались ученые – пионеры атомной и ядерной физики. Уже столетия наука изучает глаз, открывает все новые его свойства и тайны. Неразгаданной пока тайной, одной из самых трудных и неизученных проблем современной физиологии органов чувств является цветное зрение. Совершенно неизвестно, как мозг расшифровывает приходящие к нему сигналы о цвете.

Рис.2. Глаз человека.

Глаз – это сложная оптическая система (рис.2). Световые лучи попадают от окружающих предметов в глаз через роговицу. Роговица в оптическом смысле – это сильная собирающая линза, которая фокусирует расходящиеся в разные стороны световые лучи. Причем оптическая сила роговицы не меняется и дает всегда постоянную степень преломления.  
Склера является непрозрачной наружной оболочкой глаза, соответственно, она не принимает участия в проведении света внутрь
глаза.
Доказано, что оптика глаза – всего лишь окно, в которое влетают кванты света; что сетчатка глаза и мозг делают полученное изображение четким, объемным, цветным и осмысленным (рис.3).

Рис.3. Оптика глаза

  Но глаз человек не может воспринимать излучение сверх высокой интенсивности и различать короткие сигналы (длительностью до 0,05 с. ).
Принято считать, что средний человеческий глаз в средних условиях дневного освещения воспринимает чрезвычайно узкий (по сравнению со спектром возможных излучений) диапазон длин волн: от 380 до 780 нм (1 нанометр = 10–9м) или (0,38 ?0,78 мкм).
Очень невелика и разрешающая способность глаза: минимальный размер объекта, различаемого глазом, оказывается порядка одного микрометра (10–6м). Поэтому мир мы видим таким, каков он есть на самом деле, а новые методы и идеи физики, математики, химии, биологии – залог грядущих открытий в этой области.

 2. ОРГАНЫ СЛУХА. ЗВУК. РЕЗОНАНСНАЯ ТЕОРИЯ СЛУХА

Мир наполнен самыми разнообразными звуками. Шум ветра и волн, раскаты грома и стрекотание кузнечиков, пение птиц и голоса людей, крики животных и звуки движения транспорта – все эти звуки улавливаются ушной раковиной и вызывают вибрацию барабанной перепонки (рис.4).

Рис. 4. Строение уха

Человеческое ухо состоит из трёх частей: наружного, среднего и внутреннего, строение каждого из которых, в свою очередь, представляет довольно сложную систему. Давайте попробуем вместе разобраться в этом сложном процессе, который мы называем «слух».
С помощью ушной раковины мы определяем направление, откуда поступает звук. Наружный слуховой проход – это вытянутый канал, стенки которого продуцируют жидкую субстанцию, более известную нам как сера. Она предназначена для удаления инородных тел и предотвращения попадания различных насекомых за счет специфического запаха. Из-за глубины наружного слухового прохода температура и  влажность у барабанной перепонки сохраняются практически постоянными, а последняя сохраняет свою подвижность.   В то же время барабанная перепонка хорошо защищена от любых повреждений (табл.1).

Таблица 1

Слуховой аппарат человека

Характеристика слухового аппарата человека	Значение
Частотный диапазон звуков, воспринимаемых ухом, Гц	16–20 до 20000
Частотный диапазон речи, Гц	1200–9000
Частота звуковых колебаний, к которым наиболее чувствительно ухо, Гц	1500–3000
Расстояние между правым и левым ухом у взрослого человека, см	ок. 18
Форма барабанной перепонки	Овальная
Косточки среднего уха:
Масса молоточка, мг	ок. 23
Масса наковальни, мг	ок. 25
Масса стремечка, мг	ок. 3
Площадь наружного отверстия слухового канала уха, см2	0,3–0,5
Площадь барабанной перепонки, см2	0,1

Через систему звуковых косточек среднего уха  звуки превращаются в импульсы и передаются воспринимающим клеткам головного мозга (рис.5).
Как именно мозг расшифровывает эти импульсы и «узнает» звуки, ученым пока неясно.

Рис.5. Передача звука клеткам головного мозга

Но звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются важным источником   информации, позволяют легче приспосабливаться к окружающему миру. Что такое звук, как он возникает, распространяется, его параметры изучает специальный отдел физики – акустика.
 Звук или звуковая волна может распространяться только в материальной среде, это упругая волна, вызывающая у человека слуховые ощущения. Более 20000 нитевидных рецепторных окончаний, находящихся во внутреннем ухе, преобразуют механические колебания в электрические импульсы, которые по 30000 волокон слухового нерва передаются в головной мозг человека и вызывают у него слуховые ощущения. Колебания воздуха с частотой от 16 Гц до 20 кГц в секунду мы слышим. 20000 колебаний в секунду – это самый высокий звук самого маленького деревянного инструмента в оркестре – флейты – пикколо, а 16 колебаниям соответствует звук самой низкой струны самого большого смычкового инструмента – контрабаса.
Колебания голосовых связок могут создать звуки в диапазоне от 80 до 1400 Гц (табл. 2), хотя зафиксированы рекордно низкая (44 Гц) и высокая (2350 Гц ) частоты.

Таблица 2

Диапазон частот, соответствующий голосу певца

Голос	Частота, Гц	Голос	Частота, Гц
Бас Б Баритон Б Тенор Т	80–400 110–400 150–500	контральто колоратурное сопрано	200–700 250–1400

Доказано, что длина и натяжение голосовых связок определяет высоту голоса певца. У мужчин она составляет (18?25) мм (бас – 25 мм, тенор – 18 мм), а у женщин – (15?20) мм.
В телефоне, например, для воспроизведения голоса человека используется область частот от 300 Гц до 2 кГц. Диапазон частоты основных мод колебаний некоторых инструментов приведен на рисунке 6.

Рис.6. Диапазон частот струнных музыкальных инструментов

Первой подлинно научной теорией слуха была теория замечательного немецкого естествоиспытателя, физика и физиолога Германа Гельмгольца (рис.7).

Рис.7. Герман Гельмгольц

 Ее называют резонансной теорией, она подтверждалась сотнями опытов, проведенными многими учеными. Но в последние годы, с помощью электронного микроскопа, обнаружились некоторые неточности этой теории, в частности, в восприятии высоких и низких звуков. Гельмгольца и итальянца Корти считают пионерами в изучении слуха, хотя они сделали лишь первые шаги. За последние 100 лет пройден немалый путь к познанию науки о слухе, сейчас идет речь о том, чтобы ее уточнять и развивать дальше. Ведь любая научная теория обязательно должна развиваться, приносить людям новые факты. Таким образом, диапазон восприятия органов слуха ограничен небольшими пороговыми возможностями восприятия малой и большой интенсивности звука, а также малым частотным диапазоном воспринимаемых звуков.

3. ОРГАНЫ ЧУВСТВ КОЖИ

Удивительно приятно подставить лицо свежему ветру! На лице, губах есть множество специальных клеток, ощущающих и прохладу ветра и его давление. Кожа не только наша защита, но и огромный источник информации об окружающем нас мире, притом источник очень достоверный. Часто мы не верим ушам и глазам своим, а ощупываем предмет – хотим убедиться в том, что он есть, узнать, какой он на ощупь. Для всех этих ощущений есть специализированные клетки, неравномерно «разбросанные» по телу.
Ухо воспринимает только звук, глаз – свет, а кожа – прикосновение и давление, тепло и холод, и, наконец, боль. Главное кожное чувство – осязание, ощущение прикосновения. Кончик языка, губы и кончики пальцев обладают самой большой чувствительностью к давлению и прикосновению. Например, на коже кончиков пальцев ощущение прикосновения возникает при давлении всего лишь 0,028 – 0,170 г на мм² кожи. Не вся кожа чувствует прикосновение, а только отдельные ее точки, которых около полумиллиона. В каждой точке находится нервное окончание, поэтому даже ничтожное давление передается нерву и мы ощущаем легкое прикосновение (рис.8).

Рис.8. Строение кожи человека

Органы осязания не позволяют отличить друг от друга слабые раздражители и достаточно мелкие шероховатости.
Концентрация вредных жидкостей на коже и диапазон воспринимаемой человеком температуры невелик и обеспечивает только режим биологического выживания организма.

3.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТКАНЕЙ ОРГАНИЗМА

Электрическое сопротивление отдельных участков тканей зависит преимущественно от сопротивления слоя кожи. Через, кожу ток проходит, главным образом, по каналам потовых и, отчасти, сальных желез; сила тока зависит от толщины и состояния поверхностного слоя кожи (см. рис.8).

Кожа — наружный покров тела. Ее площадь составляет около 2 м². Кожа состоит из трех основных слоев. Наружный слой — эпидермис — образован многослойной эпителиальной тканью, которая постоянно слущивается и обновляется за счет размножения более глубоко расположенных клеток. Под слоем эпидермиса расположен слой соединительной ткани — дерма. Здесь находятся многочисленные рецепторы, сальные и потовые железы, корни волос, кровеносные сосуды и лимфатические сосуды. Самый глубокий слой – подкожная клетчатка –  образован жировой тканью, которая служит «подушкой» для органов, изолирующим слоем, «складом» питательных веществ и энергии.
Основная функция кожи — защитная, предохранение от механических воздействий, препятствие попаданию в организм посторонних веществ, болезнетворных микробов.
Электрическое сопротивление человеческого тела определяется в основном сопротивлением поверхностного рогового слоя кожи — эпидермиса. Тонкая, нежная и особенно покрытая потом или увлажненная кожа, а также кожа с поврежденным наружным слоем эпидермиса хорошо проводит электрический ток. Сухая, огрубевшая кожа является весьма плохим проводником. В зависимости от состояния кожи и пути тока, а также значения напряжения сопротивление тела человека составляет от 0,5—1 до 100 кОм.

4. ОРГАН ОБОНЯНИЯ

Как можно описать запах свежести, как объяснить разницу между запахом розы и тухлого яйца? Описать можно, если сравнить его с другим знакомым запахом! Есть физические приборы для измерения силы тока и силы света, но нет меры, которой бы можно было определить и измерить силу запаха. Хотя такой прибор очень нужен и современной химии, и парфюмерии, и пищевой промышленности и многим другим отраслям науки и практики.

Мы удивительно мало знаем об естественном органе обоняния, органе, ловящем запахи (рис.9).

Рис.9. Запах одеколона раздражает рецепторы обоняния, затем раздражение передается в мозг

Нет до сих пор теории восприятия запаха, нет и закона. Пока есть только опыты и научные гипотезы, хотя самый первый шаг к познанию запаха был сделан 2 тыс. лет назад. Великий Лукреций Кар (рис.10) предложил объяснение чувству обоняния: всякое пахучее вещество испускает крошечные молекулы определенной формы.

Рис.10. Лукреций Кар

В 1952 г англичанин Джон Эмур сообщил всему миру, что он отобрал семь «формочек», т.е. нашел семь «первичных запахов»: камфороподобный, мускусный, цветочный, мятный, эфирный, острый и гнилостный. Удалось выяснить, какую форму и размер имеют молекулы, связывающие эти запахи.
Многочисленные эксперименты доказывают, что эта гипотеза, вероятно, правильна, но до превращения гипотезы в теорию запаха еще далеко.

В лабораториях ученых решается загадка запаха, тайна чувства обоняния. Решив ее, можно будет не только измерить запах вещества, но и сделать запахи по заказу. А пока известно, что органы обоняния реагируют на некоторые газы, пары и их смеси в узком диапазоне концентрации.

5. ОРГАН ВКУСА

Вкус – понятие сложное, не только язык чувствует «вкусное». Вкус ароматной дыни зависит и от ее запаха. Осязательные клетки в полости рта обеспечивают новый оттенок вкуса, например, вяжущий вкус неспелых плодов.

Вкус во рту воспринимается вкусовыми луковицами – микроскопическими образованиями в слизистой оболочке языка. У человека во рту их несколько тысяч. Каждая луковица состоит из 10?15 вкусовых клеток, расположенных в ней подобно долькам апельсина. Экспериментаторы научились регистрировать слабую биоэлектрическую реакцию отдельных вкусовых клеток, вводя в них тончайший микроэлектрод. Оказалось, что одни клетки реагируют сразу на несколько вкусов, а другие – только на какой-нибудь один.

Но неясно, как мозг разбирается во всей этой массе импульсов, которые несут информацию о вкусе: горьком или сладком, горько-соленом или кисло-сладком. Первая классификация вкусов была предложена М. В. Ломоносовым. Он насчитал семь простых вкусов, из которых сейчас общепринято только четыре: сладкий, соленый, кислый и горький. Это простые, самые первичные вкусы, у них нет никакого привкуса. Разные области языка у человека по-разному ощущают вкус (рис.11).

Рис.11. Восприятие вкуса у человека разными областями языка

На кончике языка находится скопление «сладких» луковиц, поэтому сладкое мороженое надо пробовать кончиком языка. За кислоту отвечает задний край языка, а за соленое – передний его край. Горькую редьку чувствует задняя стенка языка. Но вкус пищи мы ощущаем всем языком. Вместе с горьким лекарством врач приписывает еще какое-нибудь  другое, которое отбивает неприятный вкус, т.к. из двух вкусов можно получить третий, не похожий ни на тот, ни на другой. Важнейшая проблема науки о вкусе состоит в отыскании взаимосвязи между молекулярной структурой вкусовой клетки, физико-химической природой вещества и самим вкусом. И на вопрос: «Чем же ограничен диапазон восприятия органа вкуса?» можно ответить, что для него характер на чувствительность только к ограниченному набору веществ и химических соединений, которые потребляет организм человека. Но человек – биологическое существо, все его органы чувств формировались в течение длительной эволюции, поэтому диапазон их восприятия был достаточным для адаптации к жизни в земных условиях. Но узкий диапазон восприятия органов чувств по сравнению с многообразием природных информационных  сигналов всегда был тормозом в развитии научных представлений об окружающем мире.

Но человек – биологическое существо, все его органы чувств формировались в течение длительной эволюции, поэтому диапазон их восприятия был достаточным для адаптации к жизни в земных условиях. Но узкий диапазон восприятия органов чувств по сравнению с многообразием природных информационных сигналов всегда был тормозом в развитии научных представлений об окружающем мире (см. Приложение).

6. ОРГАНЫ ЧУВСТВ И ПРОЦЕСС ПОЗНАНИЯ

Человек получает от каждого органа чувств ограниченный объем информации. Поэтому процесс познания окружающего мира можно сравнить с ситуацией, которая возникла в притче о пяти слепых, каждый из которых пытался представить себе, что такое слон.

Первый слепой взобрался на спину слона и считал, что это стена. Второй, ощупывая ногу слона, решил, что это колонна. Третий взял в руки хобот и принял его за трубу. Слепой, который дотронулся до бивня, подумал, что это сабля. А последнему, поглаживающему хвост слона, показалось, что это веревка.
Так и недостаток восприятий чувств должен был привести к противоречивым и неоднозначным представлениям о структуре окружающего мира. Жизненный опыт оказывается недостаточным при изучении явлений, определяемых временными интервалами и пространственными размерами, которые недоступны для наблюдения. В таких условиях дополнительная информация получается экспериментальными установками, с помощью которых можно расширить диапазон принимаемых сигналов, и парадоксальными физическими теориями, описывающими основные закономерности физических явлений. И, несмотря на ограниченный диапазон восприятия органов чувств, человек сумел определить структуру вещества и понять природу многочисленных эффектов вне этого диапазона.

Самостоятельная работа по информатике Как человек получает информацию 5 класс

30.06.2021 Главная › Информатика › 5 класс

Самостоятельная работа по информатике Как человек получает информацию 5 класс с ответами. Работа состоит из 2 вариантов. Каждый вариант включает по 5 заданий.

1 вариант

1. Продолжите определение. Информация — это …

2. Приведите 3 примера первичной информации об окружающем мире.

3. Какие органы чувств используют живые существа при получении первичной информации?

4. Поставьте в соответствие первичную информацию и органы чувств:

Первичная информация

1) аромат цветка
2) цвет чашки
3) шелест листьев
4) мягкость свитера

Органы чувств

А) слух
Б) осязание
В) зрение
Г) обоняние

5. Есть ли «помощники» органу зрения при получении информации? Если есть, то приведите 2 примера.

2 вариант

1. Что мы называем первичной информацией об окружающем нас мире?

2. Каким органом чувств мы определяем температуру?

3. Есть ли устройства — «помощники» органу слуха при получении информации? Если есть, то приведите 2 примера.

Первичная информация

1) красота цветка
2) сладость ягоды
3) шум моря
4) аромат свежего пирога

Органы чувств

А) слух
Б) обоняние
В) зрение
Г) вкус

5. Какие органы чувств используют живые существа при получении первичной информации?

Ответы на самостоятельную работу по информатике Как человек получает информацию 5 класс
1 вариант
1. Информация — это знания, получаемые вами в школе; сведения, которые вы черпаете из книг, телепередач; новости, которые вы слышите по радио или от людей.
2. Больше всего информации мы получаем с помощью зрения: глазами мы воспринимаем буквы, цифры, рисунки, различаем цвет, форму, размеры и расположение предметов.
3. Человек получает информацию с помощью органов чувств: органов зрения, слуха, вкуса, осязания и обоняния.
4. 1Г 2В 3А 4Б
5. Для получения более точной информации в дополнение к органам зрения человек использует различные устройства и приборы: очки, телескоп, микроскоп и т. д.
2 вариант
1. Окружающий нас мир — мир информации. Первичную инфор­мацию об окружающем мире — это информация о температуре, цвете, запахе, вкусовых качествах, физических свойствах предметов.

2. Человек определяет температуру при соприкосновении с кожей (осязание).
3. Для получения более точной информации в дополнение к органам слуха человек использует различные устройства и приборы: колонки, наушники, стетоскоп.
4. 1В 2Г 3А 4Б
5. Человек получает информацию с помощью органов чувств: органов зрения, слуха, вкуса, осязания и обоняния.

PDF-версия
Самостоятельная работа Как человек получает информацию 5 класс
(144 Кб)

Опубликовано: 30.06.2021 Обновлено: 30.06.2021

Скоро: компьютеры будут использовать пять чувств, чтобы улучшить нашу жизнь

Представьте себе мир, в котором компьютеры обоняют, пробуют на вкус, видят, слышат и осязают. Что ж, это время наступает. Если вы видели компьютер по имени Watson , получивший высшие награды в телевизионной викторине Jeopardy!, вы уже видели компьютер, который может понимать людей и реагировать на них.

В следующий век вычислительной техники, который мы в IBM называем эпохой когнитивных систем – аппаратное и программное обеспечение получит удивительные новые возможности, подобные человеческому мозгу, чтобы учиться, адаптироваться и ощущать, что коренным образом улучшит то, как люди живут, работают и взаимодействуют. друг с другом.

Каждый год IBM делает прогнозы о пяти технологических инновациях, которые изменят наш образ жизни в течение следующих пяти лет. В этом году мы сосредоточимся на способности машин — по-своему — эмулировать пять чувств человека.

Хотя это может показаться неправдоподобным, учтите, что то, что сегодня является de rigueur  (смартфоны, планшеты), не существовало еще десять лет назад. Ученые и инженеры продолжают продвигать достижения в различных областях, которые еще больше улучшают и расширяют возможности компьютеров. Те, что связаны с когнитивными системами и их потенциалом для продвижения многочисленных аспектов человеческого опыта — от сельского хозяйства и здравоохранения до управления коммунальными услугами и прогнозирования погоды — весьма впечатляют.

Очень скоро компьютеры  смогут видеть  … и извлекать мельчайшие данные из медицинских МРТ, КТ и рентгеновских снимков или даже оценивать фотоизображения солнечных пятен на коже. Оценка, анализ и рекомендации «видящего» компьютера станут одним из инструментов, с помощью которых врач назначит своевременное и эффективное лечение.

Поскольку когнитивные системы хорошо обнаруживают закономерности, коммунальные предприятия однажды будут использовать датчики, ориентированные на зрение, для сканирования фотографий, сделанных после ураганов и размещенных в социальных сетях. Данные, собранные в ходе этого процесса, могут помочь определить приоритетность направления ремонтных бригад в районы, где риски безопасности наиболее высоки.

Компьютеры

  также смогут слышать  … и обнаруживать движение внутри массивного соседнего дуба, что может предвещать его неминуемую гибель. Предупреждение арбориста о том, что дерево необходимо обрезать или срубить — до того, как оно рухнет, — может спасти жизни и защитить имущество.

Если бы компьютер мог «слышать» или обнаруживать, как ветер меняет направление во время лесного пожара, пожарные могли бы точно определить свои следующие шаги по сдерживанию пламени, прежде чем оно распространится дальше. Когнитивные вычисления помогут нам услышать и понять, что для нас важно, например разницу между плачем ребенка, когда он голоден, и криком, когда он ищет утешения.

Когда компьютеры смогут имитировать прикосновение , мы решим одну из самых сложных задач, стоящих перед исследователями когнитивных вычислений. По своей природе прикосновение является физическим опытом. Но с помощью технологий инфракрасной и тактильной или тактильной обратной связи мы уже начали имитировать ощущение прикосновения — обычно вибрационные модели, связанные с физическими объектами — в игровой индустрии.

Вскоре интернет-магазины будут использовать тактильные технологии, позволяющие покупателям «потрогать» товар перед его покупкой. Текстура предмета одежды может быть смоделирована, когда покупателю предлагается провести пальцем по изображению предмета на экране. Он шелковистый или шероховатый? Скоро узнаем.

Чувства вкуса и обоняния часто связаны с , особенно когда речь идет о еде. Когда-нибудь компьютеры смогут удивить нас персонализированными сочетаниями продуктов, разработанными так, чтобы максимизировать наши любимые вкусы, ароматы и текстуры. Они даже смогут предложить лучшие сочетания, чтобы свести к минимуму чувство голода и оптимизировать питательную ценность доступных продуктов.

Наличие сильного обоняния также может обеспечить безопасность людей. Компьютер можно заставить работать в крупных художественных музеях, вынюхивая газы, невидимые человеческому носу, которые могут повредить основные произведения искусства — то же самое новшество, которое может обнаруживать небезопасные уровни загрязнения воздуха на улицах крупных городов по всему миру.

В эпоху когнитивных вычислений машины больше не будут ограничиваться дедуктивными рассуждениями или выводами из более обобщенных данных. Они будут подражать нашей способности использовать индуктивные рассуждения, основанные на конкретных контекстуальных наблюдениях. Мы находимся на грани того, чтобы получить выгоду от компьютеров, которые могут понять наш опыт, а затем принять меры для создания результатов, которые улучшат то, как мы живем, работаем и играем.

Исследователи не ожидают, что компьютеры полностью заменят человеческие функции. Была причина, по которой победивший в Jeopardy компьютер Watson был назван в честь реального человека и соревновался с настоящими людьми. Истинный успех когнитивных вычислений будет оцениваться не по их способности заменить функции человеческого мозга, а по тем инновациям, которые они высвобождают, предоставляя людям лучшее качество жизни и жизненно важную информацию, необходимую для высвобождения творческого решения проблем в качестве альтернативы. мы решаем самые сложные задачи.

Изображение: woodleywonderworks/flickr

Пол Блум (Paul Bloom) является техническим директором отдела исследований в области телекоммуникаций и отвечает за применение новейших технологий и исследований IBM в ее двенадцати лабораториях для разработки новых телекоммуникационных решений.

Автор сообщения:

Пол Блум

Посмотреть исходное сообщение

Вернуться к началу. Перейти к: Начало статьи.

Обучение искусственного интеллекта соединению чувств, таких как зрение и осязание | Новости Массачусетского технологического института

В книге канадской писательницы Маргарет Этвуд «Слепые убийцы, » она говорит, что «осязание предшествует зрению, предшествует речи. Это первый язык и последний, и он всегда говорит правду».

В то время как наше осязание дает нам возможность чувствовать физический мир, наши глаза помогают нам сразу понять полную картину этих тактильных сигналов.

Роботы, запрограммированные видеть или чувствовать, не могут использовать эти сигналы как взаимозаменяемые. Чтобы преодолеть этот сенсорный разрыв, исследователи из Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института (CSAIL) разработали предсказательный искусственный интеллект (ИИ), который может научиться видеть, прикасаясь, и учиться чувствовать, видя.

Система команды может создавать реалистичные тактильные сигналы на основе визуальных входных данных и предсказывать, к какому объекту и какой части прикасаются непосредственно на основе этих тактильных входных сигналов. Они использовали манипулятор KUKA со специальным тактильным датчиком под названием GelSight, разработанный другой группой в Массачусетском технологическом институте.

Используя простую веб-камеру, команда зафиксировала около 200 объектов, таких как инструменты, предметы домашнего обихода, ткани и многое другое, к которым прикасались более 12 000 раз. Разбив эти 12 000 видеоклипов на статические кадры, команда составила «VisGel», набор данных из более чем 3 миллионов визуальных/тактильных парных изображений.

«Глядя на сцену, наша модель может представить ощущение прикосновения к плоской поверхности или острому краю», — говорит Юнжу Ли, аспирант CSAIL и ведущий автор новой статьи о системе. «Слепо прикасаясь, наша модель может предсказать взаимодействие с окружающей средой исключительно на основе тактильных ощущений. Объединение этих двух чувств может расширить возможности робота и уменьшить объем данных, которые могут нам понадобиться для задач, связанных с манипулированием и захватом объектов».

Недавняя работа по оснащению роботов физическими чувствами, более приближенными к человеческим, например, проект Массачусетского технологического института 2016 года, использующий глубокое обучение для визуальной индикации звуков, или модель, предсказывающая реакцию объектов на физические силы, — обе используют большие наборы данных, недоступные для понимание взаимодействия между зрением и осязанием.

Техника команды позволяет обойти это с помощью набора данных VisGel и так называемых генеративно-состязательных сетей (GAN).

GAN используют визуальные или тактильные изображения для создания изображений в другой модальности. Они работают, используя «генератор» и «дискриминатор», которые конкурируют друг с другом, где генератор стремится создавать реалистичные изображения, чтобы обмануть дискриминатор. Каждый раз, когда дискриминатор «ловит» генератор, ему приходится выставлять внутреннее обоснование решения, что позволяет генератору многократно самосовершенствоваться.

Зрение на ощупь

Люди могут сделать вывод об ощущениях объекта, просто увидев его. Чтобы лучше наделить машины этой мощью, система сначала должна была определить положение прикосновения, а затем вывести информацию о форме и ощущении области.

Эталонные изображения — без какого-либо взаимодействия робота с объектом — помогли системе закодировать детали об объектах и ​​окружающей среде. Затем, когда рука робота работала, модель могла просто сравнить текущий кадр с эталонным изображением и легко определить место и масштаб касания.

Это может выглядеть примерно так, как если бы система подала изображение компьютерной мыши, а затем «увидела» область, в которой модель предсказывает, что к объекту нужно прикоснуться для захвата — что может значительно помочь машинам планировать более безопасные и эффективные действия.

Прикосновение к зрению

Для осязания к зрению цель заключалась в том, чтобы модель создавала визуальное изображение на основе тактильных данных. Модель проанализировала тактильное изображение, а затем вычислила форму и материал контактной позиции. Затем он вернулся к эталонному изображению, чтобы «галлюцинировать» взаимодействие.

Например, если во время тестирования модели были переданы тактильные данные о обуви, она могла создать изображение того места, где к этой обуви, скорее всего, прикоснулись.

Этот тип способности может быть полезен для выполнения задач в случаях, когда нет визуальных данных, например, когда свет выключен, или если человек вслепую тянется к ящику или неизвестному месту.

Заглядывая вперед

Текущий набор данных содержит только примеры взаимодействий в контролируемой среде. Команда надеется улучшить это, собирая данные в более неструктурированных областях или используя новую тактильную перчатку, разработанную MIT, чтобы лучше увеличить размер и разнообразие набора данных.

Есть еще детали, которые сложно вывести из переключения режимов, например определить цвет объекта, просто прикоснувшись к нему, или определить, насколько мягкий диван, не нажимая на него. Исследователи говорят, что это можно улучшить, создав более надежные модели неопределенности, чтобы расширить распределение возможных результатов.

В будущем этот тип модели может способствовать более гармоничному взаимодействию между зрением и робототехникой, особенно для распознавания объектов, захвата, лучшего понимания сцены и помощи в бесшовной интеграции человека и робота в вспомогательных или производственных условиях.

«Это первый метод, который может убедительно переводить визуальные и тактильные сигналы», — говорит Эндрю Оуэнс, постдоктор Калифорнийского университета в Беркли. «Подобные методы могут быть очень полезны для робототехники, где вам нужно ответить на такие вопросы, как «этот объект твердый или мягкий?» или «если я подниму эту кружку за ручку, насколько хорошо будет мой захват?» Это очень сложная задача, поскольку сигналы очень разные, и эта модель продемонстрировала большие возможности».

Ли написал статью вместе с профессорами Массачусетского технологического института Рассом Тедрейком и Антонио Торральба, а также постдоком Массачусетского технологического института Джун-Ян Чжу. Он будет представлен на следующей неделе на конференции по компьютерному зрению и распознаванию образов в Лонг-Бич, Калифорния.

Поделитесь этой новостной статьей:

Упоминания в прессе

BBC

Пол Картер из BBC Click рассказывает об исследованиях CSAIL, направленных на то, чтобы научить робота чувствовать объект, просто глядя на него. В конечном итоге это поможет роботу «лучше схватывать предметы, например, ручку кружки», — говорит Картер.

Полная история через BBC →

TechCrunch

Исследователи Массачусетского технологического института создали новую систему, которая позволяет роботам идентифицировать объекты с помощью тактильной информации, сообщает Даррелл Этерингтон для TechCrunch . «Этот тип ИИ также можно использовать, чтобы помочь роботам работать более эффективно и результативно в условиях низкой освещенности, не требуя передовых датчиков», — объясняет Этерингтон.

Полная история через TechCrunch →

Forbes

Forbes 9Сотрудник 0042 Чарльз Тауэрс-Кларк рассказывает, как исследователи CSAIL разработали базу данных тактильной и визуальной информации, которую можно использовать, чтобы роботы могли делать выводы о том, как выглядят и ощущаются различные объекты. «Этот прорыв может привести к созданию гораздо более чувствительных и практичных роботов-манипуляторов, которые могут улучшить любое количество деликатных или критически важных операций», — пишет Тауэрс-Кларк.

Полная история через Forbes →

Fast Company

Fast Company Репортер Майкл Гротхаус пишет, что исследователи CSAIL разработали новую систему, которая позволяет роботам определять, как выглядят объекты, касаясь их.