Исследователи создали небольшое устройство, которое «видит» и создает воспоминания так же, как люди, что является многообещающим шагом к тому, чтобы когда-нибудь появились приложения, которые могли бы принимать быстрые и сложные решения, например, в автомобилях с автоматическим управлением.
Нейроморфное изобретение представляет собой единый чип с чувствительным элементом, легированным оксидом индия, который в тысячи раз тоньше человеческого волоса и не требует для работы внешних частей.
Работу возглавили инженеры Университета RMIT в Австралии при участии исследователей из Университета Дикина и Мельбурнского университета.
Исследование команды демонстрирует работающее устройство, которое захватывает, обрабатывает и хранит визуальную информацию. Благодаря точной разработке легированного оксида индия устройство имитирует способность человеческого глаза улавливать свет, предварительно упаковывать и передавать информацию, как оптический нерв, а также хранить и классифицировать ее в системе памяти, как это делает наш мозг.
По словам команды, в совокупности эти функции могут обеспечить сверхбыстрое принятие решений.
Руководитель группы профессор Сумит Валия сказал, что новое устройство может выполнять все необходимые функции — воспринимать, создавать и обрабатывать информацию, а также сохранять воспоминания — вместо того, чтобы полагаться на внешние энергоемкие вычисления, которые не позволяют принимать решения в реальном времени.
«Выполнение всех этих функций на одном маленьком устройстве до сих пор было большой проблемой, — говорит Валия из Инженерной школы RMIT. «С помощью нашего изобретения мы сделали возможным принятие решений в режиме реального времени, потому что ему не нужно обрабатывать большие объемы нерелевантных данных, и его не замедляет передача данных на отдельные процессоры».
Чего добилась команда и как работает технология?
Новое устройство смогло продемонстрировать способность сохранять информацию в течение более длительных периодов времени по сравнению с устройствами, о которых сообщалось ранее, без необходимости частых электрических сигналов для обновления памяти. Эта возможность значительно снижает энергопотребление и повышает производительность устройства.
Исследование группы «Долговременный постоянный фототок в легированном оксиде индия толщиной 3 нм для интегрированного распознавания света и нейроморфных вычислений в датчике» опубликовано в Advanced Functional Materials.
Первый автор и доктор философии RMIT. исследователь Айшани Мазумдер сказала, что человеческий мозг использует аналоговую обработку, что позволяет ему быстро и эффективно обрабатывать информацию с минимальными затратами энергии.
«Цифровая обработка, напротив, требует больших затрат энергии и углерода и препятствует быстрому сбору и обработке информации», — сказала она. «Системы нейроморфного зрения предназначены для использования аналоговой обработки, аналогичной человеческому мозгу , что может значительно снизить количество энергии, необходимой для выполнения сложных зрительных задач, по сравнению с современными технологиями».
Каковы потенциальные области применения?
Команда использовала ультрафиолетовый свет как часть своих экспериментов и работает над дальнейшим расширением этой технологии для видимого и инфракрасного света — со многими возможными приложениями, такими как бионическое зрение, автономные операции в опасных средах, оценка срока годности продуктов питания и передовая криминалистика. .
«Представьте себе беспилотный автомобиль, который может видеть и распознавать объекты на дороге так же, как человек-водитель, или способен быстро обнаруживать и отслеживать космический мусор. Это было бы возможно с технологией нейроморфного зрения».
Валиа сказал, что нейроморфные системы могут со временем адаптироваться к новым ситуациям, становясь более эффективными с большим опытом.
«Традиционные системы компьютерного зрения, которые нельзя миниатюризировать, как нейроморфные технологии, обычно запрограммированы по определенным правилам и не могут так легко адаптироваться», — сказал он. «Нейроморфные роботы могут работать автономно в течение длительного времени в опасных ситуациях, когда рабочие подвергаются возможным обвалам, взрывам и токсичному воздуху».
Человеческий глаз имеет единственную сетчатку, которая фиксирует полное изображение, которое затем обрабатывается мозгом для идентификации объектов, цветов и других визуальных характеристик.
По словам Валии , устройство команды имитировало возможности сетчатки, используя одноэлементные датчики изображения, которые захватывают, хранят и обрабатывают визуальную информацию на одной платформе.
«Человеческий глаз исключительно хорошо реагирует на изменения в окружающей среде быстрее и гораздо эффективнее, чем камеры и компьютеры в настоящее время», — сказал он. «Черпая вдохновение из глаз, мы несколько лет работали над созданием камеры, обладающей аналогичными способностями, с помощью процесса нейроморфной инженерии».
Теги: зрение, киборг
