Исследователи Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» (СПбГЭТУ) создали прототип уникального металлодетектора, в основе работы которого лежит хаотическая цепь.
Основная проблема современных конструкций металлодетекторов — недостаточная селективность, то есть они не всегда могут определить, из какого конкретно металла изготовлен обнаруженный объект.
Учитывая это, ученые создали датчик нового типа, с помощью которого можно не только обнаружить металлические объекты, но и определить, из какого металла они сделаны и на каком расстоянии находятся.
Разработкой занималась научная группа по руководством профессора кафедры систем автоматизированного проектирования (САПР) Дениса Бутусова. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.
Разработанный датчик состоит из двух частей: чувствительного элемента в виде катушки индуктивности и электронной схемы, в которой происходят хаотические колебания, имитирующие импульсы биологического нейрона. Сигналы со схемы поступают в компьютер, который обрабатывает их специальными алгоритмами и выдает результат — тип цели и дистанцию до нее. По словам исследователей, объединение в этой разработке свойств хаотических и нейроморфных систем дает ей положительные качества обеих, в частности, высокую чувствительность к изменению параметров и простоту интерпретации поведения.
«Наша электрическая схема моделирует биологический нейрон, при этом частью модели стала чувствительная катушка. При приближении металлического предмета к катушке в предмете индуцируются вихревые токи, которые измеряют колебания в электрической схеме. Распределение расстояний между импульсами в схеме меняется. С помощью компьютера мы подсчитываем это распределение и расшифровываем, поскольку в нем содержится информация о типе мишени и дальности до нее», — рассказывает доцент кафедры САПР, руководитель группы перспективной схемотехники Молодежного НИИ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Тимур Каримов.
«Искусственный интеллект и нейроморфные системы — востребованное и актуальное направление исследований. На наш взгляд, будущее не за классическими нейронными сетями, а за структурами, основанными на моделях биологических нейронов. Наша разработка использует принцип действия сенсорного нейрона для решения задачи поиска металлов. Приложений у таких детекторов множество», — комментирует аспирантка кафедры САПР, инженер Молодежного НИИ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Ольга Дружина.
На данный момент у разработанного устройства на основе хаотического генератора нет прямых аналогов. Ученые уверены, что зарубежные коллеги, которые занимаются нелинейной динамикой и хаотическими датчиками, заинтересуются этой работой.
В ближайших планах у исследователей улучшить разработку путем решения проблемы нежелательной чувствительности устройства к температуре и помехам. В дальнейшем они намерены усовершенствовать конструкции детектора для применения хаотических нейроподобных систем при решении других задач, например, для диагностики неисправностей электрических машин, таких как электродвигатели на заводах или ветрогенераторы.