| +11 голос |
|
У міру розвитку штучного інтелекту та інтелектуальних пристроїв машинне бачення відіграє все більш важливу роль як ключовий фактор сучасних технологій. На жаль, попри значний прогрес, системи машинного зору як і раніше стикаються з серйозною проблемою: обробка величезних обсягів візуальних даних, що генеруються щосекунди, вимагає значних потужностей, пам'яті та обчислювальних ресурсів. Це обмеження ускладнює впровадження функцій візуального розпізнавання в периферійних пристроях, таких як смартфони, дрони або автономні транспортні засоби.
Цікаво, що зорова система людини пропонує переконливу альтернативну модель. На відміну від традиційних систем машинного зору, які повинні захоплювати та обробляти кожну деталь, наші очі та мозок вибірково фільтрують інформацію, що дозволяє підвищити ефективність візуальної обробки при мінімальному споживанні енергії. Нейроморфні обчислення, які імітують структуру і функції біологічних нейронних систем, таким чином, стали перспективним підходом до подолання наявних перешкод в області комп'ютерного зору. Однак залишаються дві основні проблеми. Перша — досягнення розпізнавання кольорів, порівнянного з людським зором, а друга — усунення необхідності в зовнішніх джерелах живлення для мінімізації енергоспоживання.
На цьому тлі дослідницька група під керівництвом доцента Такаші Ікуно (Takashi Ikuno) зі Школи передової інженерії, кафедри інженерії електронних систем, Токійського університету науки (TUS), розробила революційне рішення. У своїй статті, опублікованій в журналі Scientific Reports, вони представляють саможивний штучний синапс, здатний розрізняти кольори з дивовижною точністю. Співавторами дослідження є Хіроакі Комацу (Hiroaki Komatsu) і Норіка Хосода (Norika Hosoda), також з TUS.
Дослідники створили свій пристрій, об'єднавши два різні барвника-сенсибілізовані сонячні елементи, які по-різному реагують на різні довжини хвиль світла. На відміну від звичайних оптоелектронних штучних синапсів, які вимагають зовнішніх джерел живлення, пропонований синапс генерує електроенергію шляхом перетворення сонячної енергії. Ця здатність до саможивлення робить його особливо придатним для додатків крайових обчислень, де енергоефективність має вирішальне значення.
Як показують великі експерименти, отримана система може розрізняти кольори з роздільною здатністю 10 нанометрів у всьому видимому спектрі — рівень розрізнення, що наближається до рівня людського ока. Крім того, пристрій також продемонстрував біполярні реакції, виробляючи позитивну напругу під впливом синього світла і негативну напругу під впливом червоного світла. Це дозволяє виконувати складні логічні операції, для яких зазвичай потрібно кілька традиційних пристроїв. «Результати показують великий потенціал застосування цього оптоелектронного пристрою нового покоління, яке дозволяє одночасно здійснювати колірне розрізнення з високою роздільною здатністю і логічні операції, в системах штучного інтелекту з низьким енергоспоживанням і візуальним розпізнаванням», — зазначає д-р Ікуно.
Щоб продемонструвати практичне застосування, команда використовувала свій пристрій у фізичному обчислювальному середовищі для розпізнавання різних рухів людини, записаних у червоному, зеленому та синьому кольорах. Система досягла дивовижної точності 82% при класифікації 18 різних комбінацій кольорів і рухів з використанням всього одного пристрою, а не декількох фотодіодів, необхідних в традиційних системах.
Наслідки цього дослідження поширюються на безліч галузей. В автономних транспортних засобах ці пристрої можуть забезпечити більш ефективне розпізнавання світлофорів, дорожніх знаків і перешкод. В охороні здоров'я вони можуть живити пристрої, що носяться, які відстежують життєво важливі показники, такі як рівень кисню в крові, з мінімальною витратою батареї. У побутовій електроніці ця технологія може привести до появи смартфонів і гарнітур доповненої/віртуальної реальності зі значно поліпшеним часом автономної роботи при збереженні складних можливостей візуального розпізнавання. «Ми вважаємо, що ця технологія сприятиме створенню енергоефективних систем машинного зору з можливостями розрізнення кольорів, близькими до можливостей людського ока, із застосуванням в оптичних датчиках для самокерованих автомобілів, енергоефективних біометричних датчиках для медичного використання та портативних пристроях розпізнавання», — зазначає д-р Ікуно.
В цілому, ця робота є значним кроком до впровадження комп'ютерного зору в периферійні пристрої.
| +11 голос |
|
