Výzkumníci vyvinuli optický senzor, který napodobuje lidské oko

Výzkumníci z Oregon State University demonstrovali potenciál umělé inteligence napodobovat lidi s novým optickým senzorem. Tento optický senzor je lepší v napodobování schopnosti lidského oka vnímat změny ve svém zrakovém poli.

Tento vývoj má velké důsledky pro oblasti, jako je rozpoznávání obrazů, robotika a umělá inteligence.

Výzkum, který vedl výzkumník John Labram a doktorandka Cinthya Trujillo Herrera z OSU College of Engineering, byl zveřejněn earlier tohoto měsíce v Applied Physics Letters. 

Předchozí zařízení podobná lidskému oku 

Výzkumníci se dříve pokusili vyvinout typy zařízení podobných lidskému oku, také nazývaných retinomorfické senzory, a často používali software nebo komplexní hardware. Avšak toto nové zařízení používá ultratenké vrstvy perovskitových polovodičů, které v minulosti upoutaly pozornost kvůli jejich potenciálu pro využití solární energie. Když jsou tyto ultratenké vrstvy vystaveny světlu, mění se z silných elektrických izolátorů na silné vodiče.

Labram je asistent profesora elektrotechniky a počítačových věd a vede výzkum s podporou National Science Foundation.

“Můžete si to představit jako jeden pixel, který dělá něco, co by目前 vyžadovalo mikroprocesor,” řekl Labram.

Další generace umělé inteligence se očekává, že bude poháněna neuromorfními počítači, zejména v aplikacích, jako jsou autonomní vozidla, robotika a pokročilé rozpoznávání obrazů. Neuromorfní počítače napodobují paralelní sítě v lidském mozku, zatímco tradiční počítače zpracovávají informace sekvenčně.

“Lidé se pokusili replikovat to v hardwaru a byli poměrně úspěšní,” řekl Labram. “Avšak i když algoritmy a architektura navržená pro zpracování informací se stávají stále více podobnými lidskému mozku, informace, které tyto systémy přijímají, jsou stále rozhodně navrženy pro tradiční počítače.”

Všechno toto znamená, že počítač potřebuje obrazový senzor, který funguje jako lidské oko, které se skládá z asi 100 milionů fotoreceptorů. Navzdory této obrovské počtu obsahuje optický nerv pouze 1 milion spojení s mozkem, což znamená, že sítnice prochází mnoha předzpracováním a dynamickým kompresí, než je obraz ever přenesen.

Retinomorfický senzor

Retinomorfický senzor vyvinutý výzkumníky silně nereaguje za statických podmínek, ale registruje krátké a ostré signály, když dojde ke změně osvětlení. Poté rychle vrátí do základního stavu, což jeすべて díky perovskitům.

“Způsob, jakým to testujeme, je, že ho necháme v tmě po dobu jedné sekundy, pak zapneme světlo a necháme ho zapnuté,” řekl Labram. “Jakmile se světlo rozsvítí, dostanete tento velký napěťový špičkový signál, pak napětí rychle klesá, i když intenzita světla je konstantní. A to je to, co chceme.”

Tým simuloval různé retinomorfické senzory, což jim umožnilo předpovědět, jak by retinomorfická kamera reagovala na vstupní stimul.

“Můžeme převést video na sadu světelných intenzit a poté jej vložit do naší simulace,” řekl Labram. “Oblasti, kde je předpovídán vyšší výstupní napětí ze senzoru, se rozsvítí, zatímco oblasti s nižším napětím zůstanou tmavé. Pokud je kamera relativně statická, můžete jasně vidět všechny věci, které se pohybují, reagují silně. To zůstává poměrně pravdivé paradigmatu optického vnímání u savců.”

“Dobrá věc je, že s touto simulací můžeme vložit libovolné video do jednoho z těchto polí a zpracovat tyto informace v podstatě stejným způsobem, jako by to dělalo lidské oko,” pokračoval Labram. “Například můžete si představit, že tyto senzory jsou použity robotem, který sleduje pohyb objektů. Cokoliv statického v jeho zrakovém poli by nevyvolalo žádnou reakci, avšak pohyblivý objekt by registroval vysoké napětí. To by robotovi okamžitě řeklo, kde je objekt, bez jakéhokoli komplexního zpracování obrazu.”