جهاز استشعار مبتكر يعتمد على الإلهام البيولوجي لاكتشاف الحركة وتوقيع المسارات لاستخدامات متنوعة

قام باحثون في جامعة آلتو بتطوير جهاز استشعار مبتكر يعتمد على الإلهام البيولوجي يمكنه اكتشاف الأجسام المتحركة في إطار فيديو واحد وتوقيع حركتها المستقبلية بدقة. ووصف هذا الجهاز المتقدم في ورقة نُشرت في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز، وقد تُستخدم في مجالات مثل استشعار الرؤية الديناميكية، والفحص الآلي، ومراقبة العمليات الصناعية، وتوجيه الروبوتات، وتكنولوجيا القيادة الذاتية.

نظام اكتشاف الحركة التقليدية يتطلب العديد من المكونات والخوارزميات المعقدة التي تقوم بتحليل الإطارات الإطار بعد الإطار، مما يؤدي إلى عدم الكفاءة واستهلاك الطاقة العالي. للتعامل مع هذه القيود، نظرت فرقة جامعة آلتو إلى النظام البصري البشري للاستلهام وابتكرت تقنية رؤية عصبية تشبه الدماغ تدمج الاستشعار والذاكرة والمعالجة في جهاز واحد يمكنه اكتشاف الحركة وتوقيع المسارات.

الذاكرة الضوئية: قلب التكنولوجيا الجديدة

تعتمد تقنية الباحثين على مصفوفة من الأجهزة الكهربائية التي تنتج تيارًا كهربائيًا استجابةً للضوء. تتمتع الأجهزة الكهربائية الضوئية بسمات فريدة: لا يتوقف التيار الكهربائي على الفور عندما يتم إيقاف الضوء، بل يتناقص تدريجياً. هذه الميزة تسمح للأجهزة الكهربائية الضوئية بتمثيل “تذكر” التعرض الأخير للضوء، مما يسمح لجهاز الاستشعار المكون من مصفوفة من هذه الأجهزة بتقديم معلومات ليس فقط عن الحالة الحالية للمشهد، ولكن أيضًا ذاكرة ديناميكية لللحظات السابقة.

“الميزة الفريدة لتكنولوجيتنا هي khảيتها لتكامل سلسلة من الصور البصرية في إطار واحد،” يشرح هونغوي تان، زميل البحث الذي قاد الدراسة. “معلومات كل صورة متضمنة في الصور التالية ك معلومات مخفية. بمعنى آخر، الإطار النهائي في الفيديو يحتوي أيضًا على معلومات عن جميع الإطارات السابقة. هذا يسمح لنا باكتشاف الحركة في وقت مبكر من الفيديو عن طريق تحليل الإطار النهائي فقط باستخدام شبكة عصبية اصطناعية بسيطة. النتيجة هي وحدة استشعار مدمجة وكفءة.”

إظهار khảيات التكنولوجيا

为了展示 تقنيتهم، استخدم الباحثون مقاطع فيديو عرضت حروف كلمة واحدة تلو الأخرى. على الرغم من أن جميع الكلمات انتهت بحرف “E”، إلا أن أجهزة الاستشعار البصرية التقليدية لم تتمكن من تحديد ما إذا كان حرف “E” على الشاشة قد تبع الحروف الأخرى في “APPLE” أو “GRAPE”. ومع ذلك، يمكن لمصفوفة الأجهزة الكهربائية الضوئية استخدام المعلومات المخفية في الإطار النهائي لاستنتاج الحروف التي سبقتها وتوقيع الكلمة بدقة تقترب من 100٪.

في تجربة أخرى، أظهر الفريق للجهاز مقاطع فيديو لشخص محاكي يتحرك بثلاثة سرع مختلفة. لم تتمكن النظام فقط من التعرف على الحركة عن طريق تحليل إطار واحد، ولكنها تنبأت أيضًا بالإطارات اللاحقة بدقة.

الآثار على المركبات الذاتية والنقل الذكي

اكتشاف الحركة وتوقيع المسارات بدقة هما أمران حاسمان لتكنولوجيا المركبات الذاتية وأنظمة النقل الذكي. تعتمد المركبات الذاتية على توقعات دقيقة لحركة السيارات والدراجات والمتعينين والمشاة وغيرهم من الأجسام لاتخاذ قرارات مدروسة. من خلال دمج نظام تعلم الآلة في مصفوفة الأجهزة الكهربائية الضوئية، أظهر الباحثون أن نظامهم المتكامل يمكنه توقيع الحركة المستقبلية بناءً على معالجة الإطار الكامل داخل الجهاز.

“التعرف على الحركة وتوقيعها بواسطة حل الذاكرة والمعالجة المدمج في جهازنا يوفر فرصًا جديدة في الروبوتات الذاتية والتفاعلات بين الإنسان والآلة،” يقول البروفيسور سيباستيان فان ديكن. “المعلومات داخل الإطار التي نحصل عليها في نظامنا باستخدام الأجهزة الكهربائية الضوئية تتجنب تدفقات البيانات الزائدة، مما يسمح باتخاذ قرارات كفءة في الوقت الفعلي.”