เทคโนโลยีเซ็นเซอร์แบบไบโอมิมิครี่ที่สร้างนวัตกรรมใหม่สำหรับการตรวจจับการเคลื่อนไหวและการทำนายเส้นทางสำหรับการใช้งานต่างๆ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Aalto ได้พัฒนาเซ็นเซอร์แบบไบโอมิมิครี่ที่สามารถตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนไหวในเฟรมวิดีโอเดียวและทำนายการเคลื่อนไหวในอนาคตได้อย่างแม่นยำ ตามที่อธิบายไว้ในบทความ Nature Communications เซ็นเซอร์ที่ทันสมัยนี้มีศักยภาพในการใช้งานในหลายๆ ด้าน เช่น การตรวจสอบการเคลื่อนไหวแบบไดนามิก การตรวจสอบอัตโนมัติ การควบคุมกระบวนการอุตสาหกรรม การนำทางหุ่นยนต์ และเทคโนโลยีการขับขี่อัตโนมัติ

ระบบตรวจจับการเคลื่อนไหวแบบดั้งเดิมต้องการหลายๆ ส่วนและอัลกอริทึมที่ซับซ้อนในการวิเคราะห์เฟรมต่อเฟรม ซึ่งทำให้เกิดความไม่มีประสิทธิภาพและใช้พลังงานสูง เพื่อแก้ไขข้อจำกัดเหล่านี้ ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Aalto ได้หันมาใช้ระบบการมองเห็นของมนุษย์เป็นแรงบันดาลใจและสร้างเทคโนโลยีการมองเห็นแบบ neuromorphic ที่รวมการตรวจจับ การจัดเก็บ และการประมวลผลเข้าด้วยกันในอุปกรณ์เดียวที่สามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวและทำนายเส้นทางได้

Photomemristors: แกนกลางของเทคโนโลยีใหม่

เทคโนโลยีของนักวิจัยนี้สร้างขึ้นจากแอร์เรย์ของ photomemristors ซึ่งเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สร้างกระแสไฟฟ้าเมื่อได้รับแสง Photomemristors มีลักษณะพิเศษคือ กระแสไฟฟ้าไม่หยุดในทันทีเมื่อแสงถูกปิด แต่จะค่อยๆ ลดลง ลักษณะนี้ทำให้ photomemristors สามารถ “จดจำ” การสัมผัสกับแสงล่าสุดได้ ทำให้เซ็นเซอร์ที่ประกอบด้วยแอร์เรย์ของอุปกรณ์เหล่านี้สามารถจับภาพไม่เพียงแต่ข้อมูลทันทีเกี่ยวกับฉาก แต่ยังรวมถึงความทรงจำแบบไดนามิกของช่วงเวลาก่อนหน้าด้วย

“คุณสมบัติเฉพาะของเทคโนโลยีของเราคือความสามารถในการรวมภาพออปติคัลหลายๆ ภาพในเฟรมเดียว” ฮงเวย์ ตัน นักวิจัยที่นำการศึกษานี้อธิบาย “ข้อมูลของแต่ละภาพถูกฝังอยู่ในภาพถัดไปเป็นข้อมูลที่ซ่อนอยู่ ในอีกคำหนึ่ง เฟรมสุดท้ายในวิดีโอยังมีข้อมูลเกี่ยวกับเฟรมก่อนหน้าทั้งหมดด้วย ซึ่งทำให้เราสามารถตรวจจับการเคลื่อนไหวได้เร็วขึ้นในวิดีโอโดยการวิเคราะห์เฟรมสุดท้ายด้วยเครือข่ายประสาทเทียมแบบง่าย ผลลัพธ์คือหน่วยตรวจจับที่กะทัดรัดและมีประสิทธิภาพ”

การแสดงความสามารถของเทคโนโลยี

เพื่อแสดงเทคโนโลยีของพวกเขา นักวิจัยได้ใช้วิดีโอที่แสดงตัวอักษรของคำหนึ่งๆ ต่อเนื่องกัน แม้ว่าคำทั้งหมดจะลงท้ายด้วยตัว “E” แต่เซ็นเซอร์มองเห็นแบบดั้งเดิมไม่สามารถแยกแยะได้ว่าตัว “E” บนจอตามหลังตัวอักษรอื่นๆ ใน “APPLE” หรือ “GRAPE” อย่างไร แต่แอร์เรย์ของ photomemristors สามารถใช้ข้อมูลที่ซ่อนอยู่ในเฟรมสุดท้ายเพื่ออนุมานว่าตัวอักษรใดๆ ที่ตามมาก่อนหน้าและทำนายคำได้อย่างแม่นยำเกือบ 100%

ใน实验อื่น ทีมงานได้แสดงวิดีโอของคนจำลองที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างกัน 3 ระดับ ระบบไม่เพียงแต่สามารถรับรู้การเคลื่อนไหวโดยการวิเคราะห์เฟรมเดียวเท่านั้น แต่ยังสามารถทำนายเฟรมถัดไปได้อย่างแม่นยำด้วย

ผลกระทบต่อการขับขี่อัตโนมัติและระบบขนส่งอัจฉริยะ

การตรวจจับการเคลื่อนไหวและการทำนายเส้นทางที่แม่นยำเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเทคโนโลยีการขับขี่อัตโนมัติและระบบขนส่งอัจฉริยะ ยานพาหนะอัตโนมัติต้องอาศัยการทำนายที่แม่นยำเกี่ยวกับวัตถุ เช่น รถยนต์ จักรยาน ผู้เดินถนน และวัตถุอื่นๆ จะเคลื่อนไหวอย่างไรเพื่อตัดสินใจอย่างมีข้อมูล โดยการรวมระบบการเรียนรู้ของเครื่องเข้ากับแอร์เรย์ของ photomemristors นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าระบบที่รวมกันนี้สามารถทำนายการเคลื่อนไหวในอนาคตได้โดยอาศัยการประมวลผลในเซ็นเซอร์ของเฟรมที่ให้ข้อมูลทั้งหมด

“การรับรู้และการทำนายการเคลื่อนไหวโดยโซลูชันการจำและประมวลผลในเซ็นเซอร์ของเราที่มีประสิทธิภาพใหม่ๆ นี้ให้โอกาสใหม่ๆ ในด้านหุ่นยนต์อัตโนมัติและปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์และเครื่องจักร” ศาสตราจารย์ Sebastiaan van Dijken กล่าว “ข้อมูลในเฟรมที่เราได้รับจาก photomemristors ในระบบของเราทำให้สามารถหลีกเลี่ยงการไหลของข้อมูลที่ซ้ำซ้อน ทำให้ตัดสินใจได้อย่างมีประสิทธิภาพในเวลาจริง”