연구자들, 인간의 눈 모방하는 광학 센서 개발

오리건 주립 대학교의 연구자들은 인공지능이 인간을 모방하는 새로운 광학 센서의 잠재력을 보여주었습니다. 이 광학 센서는 인간의 눈이 시각적 필드를 인식하는 능력을 모방하는 데 더 좋습니다.

이 개발은 이미지 인식, 로봇공학, 인공지능 등의 분야에 큰 영향을 미칠 것입니다.

이 연구는 OSU 공과대학의 존 래브람 연구자와 신시아 트루히요 에레라 대학원생에 의해 수행되었으며, 이번 달 초에 Applied Physics Letters에 발표되었습니다.

이전의 인간 눈 장치

연구자들은 이전에 인간 눈 모방 장치, 즉 레티노모픽 센서를 개발하려고 시도했습니다. 그러나 이러한 장치들은 종종 소프트웨어 또는 복잡한 하드웨어를 사용했습니다. 그러나 이 새로운 장치는 페로브스카이트 반도체의 초박층을 사용합니다. 페로브스카이트는 과거에 태양 에너지 사용 가능성으로 인해 주목을 받았습니다. 빛에 노출되면 이러한 초박층은 강한 절연체에서 강한 전도체로 변합니다.

래브람은 전기공학 및 컴퓨터 과학 부교수이며, 국가과학재단의 지원을 받아 이 연구를 주도하고 있습니다.

“단일 픽셀이 마이크로프로세서가 현재 수행하는 작업을 수행하는 것이라고 생각할 수 있습니다.”라고 래브람은 말했습니다.

인공지능의 다음 세대는 특히 자율 주행 자동차, 로봇공학, 고급 이미지 인식 등의 응용 분야에서 뉴로모픽 컴퓨터에 의해 구동될 것으로 예상됩니다. 뉴로모픽 컴퓨터는 인간 뇌의 병렬 네트워크를 모방하는 반면, 전통적인 컴퓨터는 정보를 순차적으로 처리합니다.

“사람들은 이것을 하드웨어에서 복제하려고 시도했으며 합리적으로 성공했습니다.”라고 래브람은 말했습니다. “그러나 알고리즘과 정보를 처리하기 위한 아키텍처는 점점 더 인간 뇌와 같은 것이 되고 있지만, 이러한 시스템이 받는 정보는 여전히 전통적인 컴퓨터를 위해 설계된 것입니다.”

이 모든 것은 컴퓨터가 인간의 눈과 같은 이미지 센서가 필요하다는 것을 의미합니다. 인간의 눈은 약 1억 개의 광수용기가 있습니다. 그러나 시신경에는 약 100만 개의 연결만이 있습니다. 즉,網膜은 이미지 전송되기 전에 많은 전처리와 동적 압축을 수행합니다.

레티노모픽 센서

연구자들이 개발한 레티노모픽 센서는 정적 조건에서 강하게 반응하지 않습니다. 그러나 조명이 변경되면 짧고 뾰족한 신호를 등록합니다. 그런 다음 빠르게 기준선으로 돌아옵니다. 이는 모두 페로브스카이트로 인해 발생합니다.

“우리가 이를 테스트하는 방법은 기본적으로 어둠에 두고 나서 불을 켜고 그냥 켜 둡니다.”라고 래브람은 말했습니다. “불이 켜짐과 동시에 큰 전압 스파이크가 발생한 다음 전압이 빠르게 감소합니다. 이는 우리가 원하는 것입니다.”

팀은 다양한 레티노모픽 센서를 시뮬레이션했으며, 이를 통해 레티노모픽 비디오 카메라가 입력 자극에 반응하는 방식을 예측할 수 있었습니다.

“우리는 비디오를 일련의 빛 강度로 변환한 다음 이를 시뮬레이션에 넣을 수 있습니다.”라고 래브람은 말했습니다. “센서의 빛이 예측된 높은 전압 출력 지역은 밝게 빛나고 낮은 전압 지역은 어둡게 유지됩니다. 카메라가 상대적으로 정적이라면 움직이는 모든 것이 강하게 반응하는 것을 명확히 볼 수 있습니다. 이는 포유류의 광학적 감지 패러다임에 합리적으로忠實합니다.”

“좋은 점은 이 시뮬레이션을 사용하여 비디오를 이러한 배열 중 하나에 입력하고 정보를 거의 동일한 방식으로 처리할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 로봇이 물체의 운동을 추적하는 데 이러한 센서를 사용할 수 있습니다. 로봇의 시야 범위 내에서 정적인 모든 것은 반응을 일으키지 않지만 움직이는 물체는 높은 전압을 등록할 것입니다. 이는 로봇이 복잡한 이미지 처리 없이 물체의 위치를 즉시 알 수 있게 해줍니다.”