Tutkijat kehittivät optisen anturin, joka jäljittelee ihmisen silmää

Oregonin osavaltion yliopiston tutkijat ovat osoittaneet tekoälyn mahdollisuuden jäljitellä ihmisiä uudella optisella anturilla. Tämä optinen anturi on parempi jäljittelemään ihmisen silmän kykyä havaita muutoksia näkökentässään.

Tämä kehitys on suuria vaikutuksia aloille kuten kuvantunnistus, robottiikka ja tekoäly.

Tutkimus, jota johti OSU College of Engineering -tutkija John Labram ja jatko-opiskelija Cinthya Trujillo Herrera, julkaistiin tänä kuun alussa Applied Physics Letters-julkaisussa.

Aiemmat ihmisen silmän laitteet

Tutkijat ovat aikaisemmin yrittäneet kehittää ihmisen silmän laitteita, joita kutsutaan myös retinomorfisiksi antureiksi, ja he usein käyttävät ohjelmistoja tai monimutkaisia laitteita. Kuitenkin tämä uusi laite käyttää ultrathin kerroksia perovskiittisemikonduktoreista, jotka ovat herättäneet huomiota aiemmin aurinkoenergian käytön mahdollisuuksien vuoksi. Valon vaikutuksesta nämä ultrathin kerrokset muuttuvat vahvoista sähkön eristeistä vahvoiksi johtimiksi.

Labram on sähkötekniikan ja tietojenkäsittelytieteen apulaisprofessori, ja hän johtaa tutkimusta National Science Foundationin tuella.

“Voit ajatella sitä yhtenä pikselinä, joka tekee jotain, mitä nykyisin vaatisi mikroprosessorin”, Labram sanoi.

Seuraavan sukupolven tekoäly odotetaan olevan neuromorfisten tietokoneiden voimin, erityisesti sovelluksissa kuten itseohjautuvat ajoneuvot, robottiikka ja edistynyt kuvantunnistus. Neuromorfiset tietokoneet jäljittelevät ihmisen aivoprosessien rinnakkaisverkkoja, kun taas perinteiset tietokoneet prosessivat tietoa järjestyksessä.

“Ihmiset ovat yrittäneet jäljitellä tätä laitteissa ja ovat olleet kohtuullisen onnistuneita”, Labram sanoi. “Kuitenkin, vaikka algoritmit ja arkkitehtuuri, jotka on suunniteltu prosessoimaan tietoa, ovat muuttumassa yhä enemmän ihmisaivojen kaltaisiksi, tiedot, joita nämä järjestelmät vastaanottavat, on edelleen selvästi suunniteltu perinteisiä tietokoneita varten.”

Kaikki tämä tarkoittaa, että tietokone tarvitsee kuvantunnistusanturin, joka toimii ihmisen silmänä, joka koostuu noin 100 miljoonasta valoherkkää. Vaikka tämä on valtava määrä, optinen hermo sisältää vain noin miljoona yhteyttä aivoihin, mikä tarkoittaa, että verkkokalvo havaitsee paljon esikäsittelyä ja dynaamista pakkausta ennen kuin kuva välitetään.

Retinomorfisen anturin

Tutkijoiden kehittämä retinomorfisen anturi ei reagoi voimakkaasti staattisissa olosuhteissa, mutta se rekisteröi lyhyitä ja teräviä signaaleja, kun valaistus muuttuu. Se palautuu nopeasti tasolle, mikä johtuu perovskiiteista.

“Tavalla, jolla testaamme sitä, on perusidea, että jätämme sen pimeään hetkeksi, sitten käännämme valot päälle ja jätämme ne päälle”, Labram sanoi. “Heti, kun valot menevät päälle, saat tämän suuren jännitespiiken, sitten jännite nopeasti pieneni, vaikka valon voimakkuus on vakio. Ja se on sitä, mitä haluamme.”

Tutkijat simuloivat erilaisia retinomorfisia antureita, mikä mahdollisti heidän ennustaa, miten retinomorfinen videokamera reagoisi syöte-ärsykkeisiin.

“Voimme muuttaa videon joukoksi valon voimakkuuksia ja sitten asettaa sen simulaatioomme”, Labram sanoi. “Alueet, joissa suurempi jännite-ulosää on ennustettu anturin valosta, valaisevat, kun taas alhaisempien jännitealueiden alueet pysyvät pimeinä. Jos kamera on suhteellisen staattinen, voit selvästi nähdä kaikki liikkuvat asiat, jotka reagoivat voimakkaasti. Tämä pysyy kohtuullisen totuudenmukaisena eläinten optisen aistimisen paradigman mukaisesti.”

“Hyvä asia on, että tämän simulaation avulla voimme syöttää minkä tahansa videon tähän anturijoukkoon ja prosessoida tietoa lähes samalla tavalla kuin ihmisen silmä”, Labram jatkoi. “Esimerkiksi voit kuvitella näitä antureita käytettävän robotiikassa, joka seuraa esineiden liikettä. Mitkä tahansa staattiset kohteet sen näkökentässä eivät aiheuta reaktiota, mutta liikkuva kohde aiheuttaa suuren jännitteen. Tämä kertoo robotille välittömästi, missä kohde on, ilman monimutkaista kuvankäsittelyä.”