Spatio-temporal pattern recognition is a fundamental ability of the brain which is required for numerous real-world activities. Recent deep learning approaches have reached outstanding accuracies in such tasks, but their implementation on conventional embedded solutions is still very computationally and energy expensive. Tactile sensing in robotic applications is a representative example where real-time processing and energy efficiency are required. Following a brain-inspired computing approach, we propose a new benchmark for spatio-temporal tactile pattern recognition at the edge through Braille letter reading. We recorded a new Braille letters dataset based on the capacitive tactile sensors of the iCub robot's fingertip. We then investigated the importance of spatial and temporal information as well as the impact of event-based encoding on spike-based computation. Afterward, we trained and compared feedforward and recurrent Spiking Neural Networks (SNNs) offline using Backpropagation Through Time (BPTT) with surrogate gradients, then we deployed them on the Intel Loihi neuromorphic chip for fast and efficient inference. We compared our approach to standard classifiers, in particular to the Long Short-Term Memory (LSTM) deployed on the embedded NVIDIA Jetson GPU, in terms of classification accuracy, power, energy consumption, and delay. Our results show that the LSTM reaches ~97% of accuracy, outperforming the recurrent SNN by ~17% when using continuous frame-based data instead of event-based inputs. However, the recurrent SNN on Loihi with event-based inputs is ~500 times more energy-efficient than the LSTM on Jetson, requiring a total power of only ~30mW. This work proposes a new benchmark for tactile sensing and highlights the challenges and opportunities of event-based encoding, neuromorphic hardware, and spike-based computing for spatio-temporal pattern recognition at the edge.


翻译:Spatio- 时空模式识别是大脑的一种基本能力,这是许多真实世界活动所需要的。 最近深层次的学习方法在这类任务中达到了杰出的触觉, 但对于常规嵌入解决方案的实施仍然非常有计算性和能源成本。 机器人应用中的触摸感是一个具有代表性的范例, 需要实时处理和能源效率。 在采用大脑启发的计算方法之后, 我们建议了一个新的基准, 边緣的时空模式识别标准, 只需通过盲文读取。 我们记录了一个新的盲文字母数据集。 基于 iCub 机器人的电动触摸传感器, 我们记录了一个新的盲文字母数据设置。 我们随后调查了空间和时间信息的重要性, 以及基于事件编码的编码, 以及基于时间( BBTTTT) 的偏移模式识别。 然后我们将其安装在Intel Lohi 神经失常的触摸感应器中, 将S- IMIS 的精确度输入时间比我们的标准的S- National- dal- 时间里, 我们将S- slial- dalalal- dal- dal- dislentalation 时间 显示Silal- sal- 时间里, 我们的S- dal- disal- dental- dislation- dislation- dislational- dislental- 和S- dislentaldal- dental- dental- dental- dental- sal- dental- dislental- sutal- sutal- dental- dental- dislental- dental- 时间 和Slational- sal- sut- sut- sut- sut- sut 时间 时间 时间 时间 时间 时间 时间 时间, 时间 时间 时间 时间 时间, 我们在S- slentaldaldaldal- sal- sal- sal- dia- dia- slental- sl- sl- 上, 用S- sal- sal- sl- sal- dental- slental- sal-l-l-ldal- s-

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模式识别是一个成熟的、令人兴奋的、快速发展的领域,它支撑着计算机视觉、图像处理、文本和文档分析以及神经网络等相关领域的发展。它与机器学习非常相似,在生物识别、生物信息学、多媒体数据分析和最新的数据科学等新兴领域也有应用。模式识别(Pattern Recognition)杂志成立于大约50年前,当时该领域刚刚出现计算机科学的早期。在这期间,它已大大扩大。只要这些论文的背景得到了清晰的解释并以模式识别文献为基础,该杂志接受那些对模式识别理论、方法和在任何领域的应用做出原创贡献的论文。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/conf/par/
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