Крихітний пристрій імітує людський зір і пам’ять

Дослідники створили невеликий пристрій, який «бачить» і створює спогади подібно до людей, що є багатообіцяючим кроком до того, щоб одного разу мати програми, які можуть приймати швидкі складні рішення, наприклад, у безпілотних автомобілях. Нейроморфний винахід — це єдиний чіп, увімкнений чутливим елементом, легованим оксидом індію, який у тисячі разів тонший за людську волосину та не потребує зовнішніх частин для роботи.

Інженери Університету RMIT в Австралії очолили роботу за участі дослідників з Університету Дікіна та Університету Мельбурна. Дослідження команди демонструє робочий пристрій, який фіксує, обробляє та зберігає візуальну інформацію. Завдяки точній розробці легованого оксиду індію пристрій імітує здатність людського ока вловлювати світло, попередньо упаковувати та передавати інформацію, як зоровий нерв, а також зберігати та класифікувати її в системі пам’яті, як це може зробити наш мозок.

У сукупності ці функції можуть забезпечити надшвидке прийняття рішень, каже команда.

Керівник групи, професор Суміт Валія, сказав, що новий пристрій може виконувати всі необхідні функції — сприйняття, створення й обробку інформації та збереження спогадів — замість того, щоб покладатися на зовнішні енергоємні обчислення, які перешкоджають прийняттю рішень у реальному часі.

«Виконання всіх цих функцій на одному невеликому пристрої дотепер виявилося великою проблемою», — сказав Валія з Інженерної школи RMIT. «Завдяки нашому винаходу ми створили можливість приймати рішення в режимі реального часу, тому що йому не потрібно обробляти великі обсяги нерелевантних даних і його не сповільнює передача даних на окремі процесори».

Чого досягла команда і як працює технологія?

Новий пристрій зміг продемонструвати здатність зберігати інформацію протягом більш тривалого періоду часу порівняно з пристроями, про які повідомлялося раніше, без необхідності частих електричних сигналів для оновлення пам’яті. Ця здатність значно знижує енергоспоживання та підвищує продуктивність пристрою.

Дослідження команди «Довготривалий постійний фотострум у тонкому легованому оксиді індію товщиною 3 нм для інтегрованого вимірювання світла та внутрішньосенсорних нейроморфних обчислень» опубліковано в Advanced Functional Materials. Перший автор і доктор філософії RMIT. Дослідник Айшані Мазумдер сказав, що людський мозок використовує аналогову обробку, що дозволяє йому швидко й ефективно обробляти інформацію, використовуючи мінімальну енергію.

«Натомість цифрова обробка є енергоємною та викидною, а також перешкоджає швидкому збору й обробці інформації», — сказала вона. «Нейроморфні системи зору розроблені для використання аналогової обробки, подібної до людського мозку, що може значно зменшити кількість енергії, необхідної для виконання складних візуальних завдань, порівняно з сучасними технологіями».

Які потенційні застосування?

Команда використовувала ультрафіолетове світло як частину своїх експериментів і працює над тим, щоб ще більше розширити цю технологію для видимого та інфрачервоного світла — з багатьма можливими застосуваннями, такими як біонічне бачення, автономні операції в небезпечних середовищах, оцінка терміну придатності харчових продуктів і просунута криміналістика.

«Уявіть собі самокерований автомобіль, який може бачити та розпізнавати об’єкти на дорозі, так само як водій-людина може або здатний швидко виявляти та відстежувати космічне сміття. Це стало б можливим за допомогою технології нейроморфного зору».

Валіа сказав, що нейроморфні системи можуть адаптуватися до нових ситуацій з часом, стаючи більш ефективними з більшим досвідом.

«Традиційні системи комп’ютерного зору, які неможливо мініатюризувати, як нейроморфна технологія, зазвичай програмуються за певними правилами і не можуть адаптуватися так легко», — сказав він. «Нейроморфні роботи мають потенціал працювати автономно протягом тривалого часу в небезпечних ситуаціях, коли працівники піддаються впливу можливих обвалів, вибухів і токсичного повітря».

Людське око має єдину сітківку, яка захоплює ціле зображення, яке потім обробляється мозком для визначення об’єктів, кольорів та інших візуальних особливостей. Пристрій команди імітував можливості сітківки, використовуючи одноелементні датчики зображення, які фіксують, зберігають і обробляють візуальну інформацію на одній платформі, сказав Валіа.

«Людське око надзвичайно вміло реагує на зміни в навколишньому середовищі швидше та набагато ефективніше, ніж камери та комп’ютери», — сказав він. «Черпаючи натхнення в оці, ми кілька років працювали над створенням камери, яка має подібні можливості, за допомогою процесу нейроморфної інженерії». Джерело