机器也能拥有“电子鼻”，芯片是如何闻到气味的？

谈到自动化，大家都会想到计算机。传统的CPU和GPU等通用处理器特别擅长人类难以完成的任务，比如高精度的数学计算。但是到了人工智能阶段，情况就不一样了！它要求CPU计算更为复杂的事情，比如说：感觉。

摄像头、麦克风以及温度传感器这些可数字化的工具帮助计算机获得在视觉、听觉以及皮肤触觉等方面的 “感觉 ”，但是对于嗅觉这类较为抽象的感知，计算机想要获得这方面的“感觉”是极为困难的。

近日，《自然-机器智能》杂志报道了英特尔与美国康奈尔大学的科学家共同构建数学算法的研究成果。在研究人员的指导下，Loihi 迅速掌握了 10 种不同气味的神经表征。

用通俗的话来说就是，英特尔让芯片也拥有“嗅觉”了！如此一来，化学传感器领域多年来一直苦苦寻找的“电子鼻系统”终于有了眉目。

除了拥有嗅觉，计算机有可能还能“进化”的更加智能。英特尔最新神经拟态研究系统Pohoiki Springs已准备就绪，它将提供1亿个神经元的计算能力。相当于一个小型哺乳动物的大脑！

芯片是如何拥有嗅觉的？神经拟态系统是什么？一亿神经元有啥意义？下面就让小编带大家一起来近距离围观英特尔这两项了不起的创新吧！

芯片如何长“鼻子”？

在了解神经拟态芯片之前，不妨先来看看，人类是如何识别气味的？

你拿起一个草莓闻一闻，水果分子就会刺激鼻腔内的嗅觉细胞。鼻腔内的细胞会立即向你的大脑嗅觉系统发送信号，一组相互连接的神经元中的电脉冲就会在这个嗅觉系统中产生嗅觉。无论闻到的是草莓、玫瑰还是有害气体，你大脑中的神经元网络都会产生该物体特有的感觉。

想要机器能够识别出气味，就必须让机器拥有和人类一样的思考以及反馈方式，神经拟态芯片应运而生，通过应用神经科学的最新见解，来创造作用方式更类似于人脑的芯片而非传统计算机的芯片。

Loihi正是英特尔的神经拟态芯片的名称，它源自于夏威夷海底的一座不断喷发的活火山，寓意通过不断的自我学习，获得更加强大的人工智能的能力。

Loihi处理器的设计思路来源于人脑：单芯片中的128个小核各包含1000个神经元硬件设计架构，模拟多个“逻辑神经元”，支持多种学习模式的可扩展的片上学习能力，实现多种不同的神经网络突破。

正是这些“逻辑神经元”，让Loihi获得了识别气味的能力。英特尔神经拟态计算实验室高级研究科学家 Nabil Imam 表示：“我们正在 Loihi 上开发神经算法，来模拟人类嗅到气味时的大脑运行机制。”

Imam 和他的团队采用了一个由 72 个化学传感器活动组成的数据集，可对一个风洞实验中循环的 10 种气体物质（气味）作出反应。传感器对各种气味的反应被传送至 Loihi，由其芯片电路对嗅觉背后的大脑电路进行模拟。Loihi 芯片迅速掌握了 10 种气味各自的神经表征，其中包括丙酮、氨和甲烷，即使有强烈的环境干扰也能识别出这些气味。

怎么让Loihi芯片模拟大脑进行学习呢？那就是在Loihi芯片上运行简单的图像识别神经网络，就如幼儿探索未知事物一样，Loihi先通过“眼睛”看到物体，再输入物体的名称，这样它就能快速准确地辨别出这是什么东西。

传统方法中包括一种深度学习解决方案，但要达到与 Loihi 相同的分类准确率，该解决方案学习每类气味需要 3,000 倍以上的训练样本。

还是有点儿懵？这段视频可以让你更好的了解神经拟态计算！

一亿神经元的意义是什么？

计算机“捕获”了气味，AI的感觉变得更加立体丰富，但是仅仅这样是不够的！

要知道，人类大脑约由1000亿个互相连接的神经元组成，想要机器尽可能的像人类一样“思考”，尽可能多地复制这种连接是关键。针对这种情况，英特尔将神经拟态研究系统的神经元数量提升到了一亿个！

它就是最新发布的Pohoiki Springs，迄今为止最大规模的神经拟态计算系统，它由24个Nahuku主板组成，每个主板32颗芯片，总共集成了768颗Loihi芯片、1亿个神经元。

Pohoiki Springs是扩展Loihi架构的下一步，它将768块Loihi神经拟态研究芯片集成在5台标准服务器大小的机箱中。

1亿个神经元，意味着Loihi的神经容量已经增加到一个小型哺乳动物大脑的大小（仓鼠的神经元约为9000万个），非常的了不起！

在自然界中，即使是一些最小的生物也能解决极为困难的计算问题。例如，尽管很多昆虫大脑的神经元数目远低于100万个，但它们却能实时视觉跟踪物体、导航和躲避障碍物。

亿级别的神经元，意味着人工智能向支持更大、更复杂的神经拟态工作负载的道路上迈出的重要一步，拥有了处理极度复杂的逻辑运算的能力。

最直观的表现就是，AI可以处理一些非常难的运算问题，类似于我们大脑平时思考和解决的问题，例如说如何计划未来的任务和决定，如何计划肢体活动轨迹等等。

神经拟态系统在硬件层面上复制了神经元组织、通信和学习方式。Loihi和未来的神经拟态处理器将定义一种新的可编程计算模式，可满足世界对普及型智能设备日益增长的需求。

例如，未来，搭载有“嗅觉”的神经拟态芯片的机器人在环境监测、危险物质检测、工厂质量控制方面有极大的潜力；

神经拟态芯片（Loihi）还可应用于机场安检区域，能够更高效地识别各种危险物质的气味，提高安检效率和安全性。

患有某些疾病会散发出特定的气味，Pohoiki Springs系统敏感的“嗅觉”可以提前察觉，在医疗诊断上大有可为。

在人脑这个仅占3%人体质量的器官中，1000亿个神经元携1000万亿个突触相连接。它运转计算着世界扑面而来的巨大信息量，而功耗只有20瓦。英特尔神经拟态计算实验室主任 Mike Davies 介绍称：“ Pohoiki Springs 将我们的 Loihi 神经拟态研究芯片扩展了 750 倍以上，同时以低于 500 瓦的功率运行。”

当人工智能获得了更为强大的“感知”世界的能力，那么在未来，它们像“人类”一样思考和学习是水到渠成的事情！