Výskumníci vyvíjajú optický senzor na napodobňovanie ľudského oka

Vedci z Oregonskej štátnej univerzity preukázali potenciál umelej inteligencie napodobňovať ľudí pomocou nového optického senzora. Tento optický senzor lepšie napodobňuje schopnosť ľudského oka vnímať zmeny v jeho zornom poli.

Vývoj má veľké dôsledky pre oblasti, ako je rozpoznávanie obrázkov, robotika a AI.

Výskum, ktorý viedli výskumník z OSU College of Engineering John Labram a postgraduálna študentka Cinthya Trujillo Herrera, bol zverejnený začiatkom tohto mesiaca v Aplikované fyzika listy. 

Predchádzajúce zariadenia ľudského oka 

Výskumníci sa už predtým pokúšali vyvinúť typy zariadení pre ľudské oko, ktoré sa tiež nazývajú retinomorfné senzory, a často používali softvér alebo zložitý hardvér. Toto nové zariadenie však využíva ultratenké vrstvy perovskitových polovodičov, ktoré v minulosti pútali pozornosť vďaka svojmu potenciálu na využitie solárnej energie. Pri vystavení svetlu sa tieto ultratenké vrstvy menia zo silných elektrických izolantov na silné vodiče.

Labram je odborný asistent elektrotechniky a informatiky a vedie výskum s podporou Národnej vedeckej nadácie.

"Môžete si to predstaviť ako jeden pixel, ktorý robí niečo, čo by v súčasnosti vyžadovalo mikroprocesor," povedal Labram.

Očakáva sa, že ďalšia generácia AI bude poháňaná neuromorfnými počítačmi, konkrétne v aplikáciách, ako sú autonómne vozidlá, robotika a pokročilé rozpoznávanie obrázkov. Neuromorfné počítače napodobňujú paralelné siete v ľudskom mozgu, zatiaľ čo tradičné počítače spracovávajú informácie postupne.

"Ľudia sa to pokúsili replikovať v hardvéri a boli primerane úspešní," povedal Labram. „Aj keď sa algoritmy a architektúra určené na spracovanie informácií čoraz viac podobajú ľudskému mozgu, informácie, ktoré tieto systémy prijímajú, sú stále rozhodne navrhnuté pre tradičné počítače.“

To všetko znamená, že počítač potrebuje obrazový snímač, aby fungoval ako ľudské oko, ktoré pozostáva z približne 100 miliónov fotoceptorov. Napriek tomuto obrovskému číslu optický nerv obsahuje iba 1 milión spojení s mozgom, čo znamená, že sietnica je svedkom veľkého predspracovania a dynamickej kompresie pred prenosom obrazu.

Retinomorfný senzor

Retinomorfný senzor vyvinutý výskumníkmi nereaguje silne za statických podmienok, ale pri zmene osvetlenia registruje krátke a ostré signály. Potom sa rýchlo vráti na základnú líniu, za čo môžu perovskity.

"Spôsob, akým to testujeme, je v podstate tak, že to necháme chvíľu v tme, potom zapneme svetlá a necháme ich zapnuté," povedal Labram. „Akonáhle sa svetlo rozsvieti, dostanete tento veľký napäťový vrchol, potom napätie rýchlo klesá, aj keď je intenzita svetla konštantná. A to je to, čo chceme."

Tím simuloval rôzne retinomorfné senzory, ktoré im umožnili predpovedať, ako bude retinomorfná videokamera reagovať na vstupný stimul.

"Môžeme previesť video na sadu intenzít svetla a potom to vložiť do našej simulácie," povedal Labram. „Regióny, v ktorých sa zo senzora predpovedá výstup s vyšším napätím, sa rozsvietia, zatiaľ čo oblasti s nižším napätím zostávajú tmavé. Ak je kamera relatívne statická, môžete jasne vidieť, že všetky veci, ktoré sa pohybujú, silne reagujú. To zostáva primerane verné paradigme optického snímania u cicavcov.

„Dobrá vec je, že pomocou tejto simulácie môžeme vložiť akékoľvek video do jedného z týchto polí a spracovať tieto informácie v podstate rovnakým spôsobom, akým by to urobilo ľudské oko,“ pokračoval Labram. „Môžete si napríklad predstaviť, že tieto senzory používa robot sledujúci pohyb objektov. Čokoľvek statické v jeho zornom poli by nevyvolalo odozvu, avšak pohybujúci sa objekt by registroval vysoké napätie. To by robotovi okamžite povedalo, kde sa objekt nachádza, bez akéhokoľvek zložitého spracovania obrazu.