Команда ученых из «ЛЭТИ» разработала прототип современного металлодетектора
16.12.2021
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.
На фото разработчики устройства Тимур Каримов и Вячеслав Рыбин, позади ученых прототип металлодетектора
«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.
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.
На фото разработчики устройства Тимур Каримов и Вячеслав Рыбин, позади ученых прототип металлодетектора
«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.