นักวิจัยพัฒนาเซ็นเซอร์แสงเพื่อเลียนแบบตาของมนุษย์

นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐโอเรกอนได้แสดงศักยภาพของปัญญาประดิษฐ์ในการเลียนแบบมนุษย์ด้วยเซ็นเซอร์แสงใหม่ นี้เซ็นเซอร์แสงสามารถเลียนแบบความสามารถของตาของมนุษย์ในการรับรู้การเปลี่ยนแปลงในสนามการมองเห็นได้ดีกว่า

การค้นพบครั้งนี้มีผลกระทบอย่างมากต่อสาขาต่างๆ เช่น การรู้จำภาพ โรบอติกส์ และปัญญาประดิษฐ์

การวิจัยซึ่งนำโดยนักวิจัย John Labram และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Cinthya Trujillo Herrera จาก(OSU College of Engineering) ได้รับการตีพิมพ์เมื่อต้นเดือนนี้ใน Applied Physics Letters.

อุปกรณ์เลียนแบบตาของมนุษย์ในอดีต

นักวิจัยได้พยายามพัฒนาเครื่องมือเลียนแบบตาของมนุษย์หรือที่เรียกว่าเซ็นเซอร์ retinomorphic มาแล้วหลายครั้ง แต่โดยทั่วไปแล้วจะใช้ซอฟต์แวร์หรือฮาร์ดแวร์ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ใหม่นี้ใช้สารกึ่งตัวนำเพอรอฟสไกต์ที่มีความหนาเท่าๆ กัน ซึ่งได้รับความสนใจในอดีตเนื่องจากศักยภาพในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ เมื่อถูกสัมผัสกับแสง สารกึ่งตัวนำเหล่านี้จะเปลี่ยนจากฉนวนไฟฟ้าที่แข็งแรงเป็นสารนำไฟฟ้าที่แข็งแรง

Labram เป็นรองศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ และเขาเป็นผู้นำการวิจัยด้วยการสนับสนุนจาก National Science Foundation

“คุณสามารถนึกถึงมันเป็นเพิกเซลเดียวที่ทำบางสิ่งที่ปัจจุบันต้องการไมโครโปรเซสเซอร์” Labram กล่าว

รุ่นต่อไปของปัญญาประดิษฐ์คาดว่าจะได้รับการขับเคลื่อนด้วยคอมพิวเตอร์แบบ neuromorphic โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันเช่น ยานพาหนะอัตโนมัติ โรบอติกส์ และการรู้จำภาพขั้นสูง คอมพิวเตอร์แบบ neuromorphic จะเลียนแบบเครือข่ายขนานในสมองของมนุษย์ ในขณะที่คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมจะประมวลผลข้อมูลแบบลำดับ

“คนได้พยายามเลียนแบบสิ่งนี้ในฮาร์ดแวร์และได้รับความสำเร็จในระดับหนึ่ง” Labram กล่าว “อย่างไรก็ตาม แม้ว่าแอลกอริทึมและสถาปัตยกรรมที่ออกแบบมาเพื่อประมวลผลข้อมูลจะกลายเป็นเหมือนสมองของมนุษย์มากขึ้น แต่ข้อมูลที่ระบบเหล่านี้ได้รับยังคงถูกออกแบบมาเพื่อคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม”

สิ่งนี้หมายความว่าคอมพิวเตอร์ต้องการเซ็นเซอร์ภาพเพื่อทำหน้าที่เป็นตาของมนุษย์ ซึ่งประกอบด้วยประมาณ 100 ล้าน photoceptors แม้ว่าจะมีจำนวนมากนี้ แต่เส้นประสาทตาก็มีเพียง 1 ล้านการเชื่อมต่อกับสมอง ซึ่งหมายความว่าเรตินามีการประมวลผลล่วงหน้าและบีบอัดแบบไดนามิกมาก่อนที่จะส่งภาพ

เซ็นเซอร์ retinomorphic

เซ็นเซอร์ retinomorphic ที่นักวิจัยพัฒนาขึ้นไม่ตอบสนองอย่างรุนแรงภายใต้สภาวะที่ไม่เปลี่ยนแปลง แต่จะจดทะเบียนสัญญาณที่สั้นและคมชัดเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงในแสง และจากนั้นจะกลับสู่ระดับพื้นฐานอย่างรวดเร็ว ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นผลมาจาก perovskites

“วิธีที่เราทดสอบคือ基本เราปล่อยให้มันอยู่ในความมืดเป็นเวลาหนึ่งวินาที จากนั้นเราจะเปิดไฟและปล่อยให้ไฟนั้นอยู่” Labram กล่าว “เมื่อไฟติด คุณจะได้รับสัญญาณแรงดันไฟฟ้าที่ใหญ่ จากนั้นแรงดันไฟฟ้าก็ลดลงอย่างรวดเร็ว แม้ว่าความเข้มของแสงจะคงที่ก็ตาม และนี่คือสิ่งที่เราต้องการ”

ทีมได้จำลองเซ็นเซอร์ retinomorphic หลายแบบ ซึ่งช่วยให้พวกเขาคาดการณ์ได้ว่ากล้องวิดีโอ retinomorphic จะตอบสนองต่อการกระตุ้นได้อย่างไร

“เราสามารถแปลงวิดีโอเป็นชุดความเข้มแสงและจากนั้นใส่สิ่งนั้นลงในซิมูเลชันของเรา” Labram กล่าว “พื้นที่ที่คาดว่าจะมีแรงดันสูงจากเซ็นเซอร์แสงจะสว่างขึ้น ในขณะที่พื้นที่ที่มีแรงดันต่ำจะยังคงมืด ถ้ากล้องค่อนข้างนิ่ง คุณจะเห็นสิ่งที่เคลื่อนไหวได้อย่างชัดเจน ซึ่งเป็นจริงตามหลักการรับรู้แสงแบบสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม”

“สิ่งที่ดีคือด้วยซิมูเลชันนี้ เราสามารถใส่วิดีโอใดๆ เข้าไปในอันไหนของเซ็นเซอร์เหล่านี้และประมวลผลข้อมูลนั้นในลักษณะเดียวกับที่ตาของมนุษย์จะทำ” Labram กล่าวต่อ “ตัวอย่างเช่น คุณสามารถนึกถึงเซ็นเซอร์เหล่านี้ที่ใช้โดยหุ่นยนต์ที่ติดตามการเคลื่อนไหวของวัตถุ สิ่งที่นิ่งในสายตาของมันจะไม่ทำให้เกิดการตอบสนอง แต่วัตถุที่เคลื่อนไหวจะจดทะเบียนแรงดันสูง ซึ่งจะบอกหุ่นยนต์ทันทีว่าวัตถุนั้นอยู่ที่ไหน โดยไม่ต้องมีการประมวลผลภาพที่ซับซ้อน”