Vibration patterns yield valuable information about the health state of a running machine, which is commonly exploited in predictive maintenance tasks for large industrial systems. However, the overhead, in terms of size, complexity and power budget, required by classical methods to exploit this information is often prohibitive for smaller-scale applications such as autonomous cars, drones or robotics. Here we propose a neuromorphic approach to perform vibration analysis using spiking neural networks that can be applied to a wide range of scenarios. We present a spike-based end-to-end pipeline able to detect system anomalies from vibration data, using building blocks that are compatible with analog-digital neuromorphic circuits. This pipeline operates in an online unsupervised fashion, and relies on a cochlea model, on feedback adaptation and on a balanced spiking neural network. We show that the proposed method achieves state-of-the-art performance or better against two publicly available data sets. Further, we demonstrate a working proof-of-concept implemented on an asynchronous neuromorphic processor device. This work represents a significant step towards the design and implementation of autonomous low-power edge-computing devices for online vibration monitoring.


翻译:振动模式产生了关于运行机器健康状况的宝贵信息,这种机器通常用于大型工业系统的预测维护任务,然而,传统方法利用这种信息所需的在规模、复杂性和动力预算方面的间接费用,对于汽车、无人驾驶飞机或机器人等小型应用来说,往往无法使用传统方法来利用这种信息。我们在这里提议一种神经形态分析方法,利用可应用于多种情景的刺激神经网络进行振动分析。我们展示了一种基于悬浮的终端到终端管道,能够检测振动数据产生的系统异常,使用与模拟数字神经形态电路相兼容的构件。这一管道以不受监督的在线方式运作,并依赖于科切拉模型、反馈适应和平衡的振动神经网络。我们展示了拟议方法达到最新状态的性能,或者比两种公开提供的数据集更好。此外,我们展示了在不同步神经形态处理器装置上实施的工作验证。这项工作是朝着设计和实施自主的低位静态在线静态设备迈出的重要一步。

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神经网络(Neural Networks)是世界上三个最古老的神经建模学会的档案期刊:国际神经网络学会(INNS)、欧洲神经网络学会(ENNS)和日本神经网络学会(JNNS)。神经网络提供了一个论坛,以发展和培育一个国际社会的学者和实践者感兴趣的所有方面的神经网络和相关方法的计算智能。神经网络欢迎高质量论文的提交,有助于全面的神经网络研究,从行为和大脑建模,学习算法,通过数学和计算分析,系统的工程和技术应用,大量使用神经网络的概念和技术。这一独特而广泛的范围促进了生物和技术研究之间的思想交流,并有助于促进对生物启发的计算智能感兴趣的跨学科社区的发展。因此,神经网络编委会代表的专家领域包括心理学,神经生物学,计算机科学,工程,数学,物理。该杂志发表文章、信件和评论以及给编辑的信件、社论、时事、软件调查和专利信息。文章发表在五个部分之一:认知科学,神经科学,学习系统,数学和计算分析、工程和应用。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/nn/
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