論文の概要: Neuromorphic circuit for temporal odor encoding in turbulent environments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.20117v1
- Date: Sat, 28 Dec 2024 11:12:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-31 16:07:01.442215
- Title: Neuromorphic circuit for temporal odor encoding in turbulent environments
- Title（参考訳）: 乱流環境における時相匂い符号化のためのニューロモルフィック回路
- Authors: Shavika Rastogi, Nik Dennler, Michael Schmuker, André van Schaik,
- Abstract要約: 常気流埋設人工臭気の金属酸化物(MOx)ガスセンサ記録について検討した。
我々は,この特徴をアナログスパイクに抽出・符号化するニューロモルフィック電子鼻フロントエンド回路を設計し,ガス検出と濃度推定を行った。
結果として生じるニューロモルフィック鼻は、データ効率の良いリアルタイムのロボットプルームナビゲーションシステムを可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.48748194765816943
- License:
- Abstract: Natural odor environments present turbulent and dynamic conditions, causing chemical signals to fluctuate in space, time, and intensity. While many species have evolved highly adaptive behavioral responses to such variability, the emerging field of neuromorphic olfaction continues to grapple with the challenge of efficiently sampling and identifying odors in real-time. In this work, we investigate Metal-Oxide (MOx) gas sensor recordings of constant airflow-embedded artificial odor plumes. We discover a data feature that is representative of the presented odor stimulus at a certain concentration - irrespective of temporal variations caused by the plume dynamics. Further, we design a neuromorphic electronic nose front-end circuit for extracting and encoding this feature into analog spikes for gas detection and concentration estimation. The design is inspired by the spiking output of parallel neural pathways in the mammalian olfactory bulb. We test the circuit for gas recognition and concentration estimation in artificial environments, where either single gas pulses or pre-recorded odor plumes were deployed in a constant flow of air. For both environments, our results indicate that the gas concentration is encoded in -- and inversely proportional to the time difference of analog spikes emerging out of two parallel pathways, similar to the spiking output of a mammalian olfactory bulb. The resulting neuromorphic nose could enable data-efficient, real-time robotic plume navigation systems, advancing the capabilities of odor source localization in applications such as environmental monitoring and search-and-rescue.
- Abstract（参考訳）: 自然の臭気環境は乱流と動的条件を示し、化学信号は空間、時間、強度で変動する。
多くの種はそのような変動性に対して高度に適応的な行動反応を進化させてきたが、ニューロモルフィック・オルフアクションの出現する分野は、リアルタイムで効率的に匂いを採取し識別するという課題に苦慮し続けている。
本研究では, 一定気流埋設人工臭気の金属酸化物(MOx)ガスセンサ記録について検討した。
梅のダイナミックスによって生じる時間的変動によらず,ある濃度で提示された匂い刺激を表すデータ特徴を発見した。
さらに, この特徴をアナログスパイクに抽出, エンコードするニューロモルフィック電子鼻フロントエンド回路を設計し, ガス検出と濃度推定を行った。
このデザインは哺乳類の嗅球における平行神経経路のスパイク出力にインスパイアされている。
人工環境下でのガスの認識と濃度推定のための回路実験を行い, 単一ガスパルスまたは予記録臭気管を一定の空気流中に配置した。
両環境とも, ガス濃度は, 哺乳類の嗅球のスパイク出力と同様の2つの平行経路から出現するアナログスパイクの時間差に比例して, コード化されていることが示唆された。
結果として生じるニューロモルフィック鼻は、データ効率のよいリアルタイムのロボットプルームナビゲーションシステムを可能にし、環境モニタリングやサーチ・アンド・レスキューといった応用における匂い源の局在化の能力を向上させることができる。
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