A Low-Cost Real-Time Spiking System for Obstacle Detection based on Ultrasonic Sensors and Rate Coding

要約

移動ロボットの出現以来、障害物の検出は大きな関心を集めています。
これは神経科学の研究対象でもあり、飛行する昆虫とコウモリは、それぞれ視覚ベースと音声ベースの障害物検出メカニズムの点で最も興味深いケースの 2 つと考えられます。
現在、多くの研究は視覚ベースの障害物検出に焦点を当てていますが、音声ベースの障害物検出に関する研究はあまり見つかりません。
この研究では後者のアプローチに焦点を当てており、スパイキング ニューラル ネットワークも利用してこれらのアーキテクチャの利点を活用し、生物学に近いアプローチを実現しています。
完成したシステムは、障害物検出のためのスパイキング アーキテクチャの有効性を確認する一連の実験を通じてテストされました。
ロボットと障害物との間の距離が減少すると、予想どおりにシステムの出力発射速度が増加し、その逆も同様であることが経験的に証明されています。
したがって、両者の間には直接的な関係があります。
さらに、検出可能な物体と検出不可能な物体の間には距離のしきい値があり、これもこの研究で経験的に測定されています。
スパイク間間隔の概念に基づいて、このシステムが低レベルでどのように動作するかについての詳細な研究が実行されました。これは、スパイク フィルターに基づく将来のアプリケーションの開発に役立つ可能性があります。

要約(オリジナル)

Since the advent of mobile robots, obstacle detection has been a topic of great interest. It has also been a subject of study in neuroscience, where flying insects and bats could be considered two of the most interesting cases in terms of vision-based and sound-based mechanisms for obstacle detection, respectively. Currently, many studies focus on vision-based obstacle detection, but not many can be found regarding sound-based obstacle detection. This work focuses on the latter approach, which also makes use of a Spiking Neural Network to exploit the advantages of these architectures and achieve an approach closer to biology. The complete system was tested through a series of experiments that confirm the validity of the spiking architecture for obstacle detection. It is empirically demonstrated that, when the distance between the robot and the obstacle decreases, the output firing rate of the system increases in response as expected, and vice versa. Therefore, there is a direct relation between the two. Furthermore, there is a distance threshold between detectable and undetectable objects which is also empirically measured in this work. An in-depth study on how this system works at low level based on the Inter-Spike Interval concept was performed, which may be useful in the future development of applications based on spiking filters.

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