Вдохновленные тем, как человеческий глаз видит, обрабатывает и отправляет информацию в мозг, исследователи создали крошечное устройство, которое захватывает, распознает и запоминает изображения, позволяя принимать быстрые решения в режиме реального времени на основе того, что он видит. . Когда-нибудь это устройство можно будет использовать в беспилотных автомобилях.
Машинные системы на основе машинного зрения с ситуационной осведомленностью в режиме реального времени представляют собой новое поколение стелс-технологий. В настоящее время эти системы громоздки и должны выполнять ряд компьютерных шагов для обнаружения, обработки и хранения изображений из-за их отдельных блоков обработки и памяти. Имитация того, как человеческий глаз видит и обрабатывает изображения, называемая нейроморфным зрением, — это способ кардинально изменить системы, основанные на зрении.
Исследователи из австралийского университета RMIT возглавили разработку экспериментального нейроморфного устройства при участии исследователей из Университета Дикина и Мельбурнского университета. Точно так же, как человеческий глаз посылает информацию в мозг для обработки и хранения, устройство улавливает свет, создает и обрабатывает информацию, а также классифицирует и сохраняет ее в своей памяти.
Нейроморфный по сути означает что-то, что принимает форму или форма нервов или нервной системы.
«Человеческий глаз исключительно хорошо умеет реагировать на изменения в окружающей среде быстрее и гораздо эффективнее, чем камеры и компьютеры», — сказал Сумит Валия, корреспондент исследования. «Черпая вдохновение в глазах, мы несколько лет работали над созданием камеры, обладающей аналогичными способностями, в процессе нейроморфной инженерии».
Устройство состоит из одного чипа с чувствительным слоем из массива оксида индия, легированного сурьмой, толщиной менее 3 нм, что в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Датчики имитируют сетчатку глаза, сохраняя и обрабатывая визуальную информацию на одной платформе.
При разработке своего устройства исследователи стремились имитировать передачу импульсов между нервными клетками (нейронами) в организме, называемую синаптической функцией. Синапсы соединяют один нейрон с другим и передают сообщения от нервов к мозгу и наоборот. Исследователи использовали аналоговую обработку, аналогичную той, которую использует наш мозг, что позволяет устройству быстро и эффективно обрабатывать информацию с минимальными затратами энергии.
«Цифровая обработка, напротив, требует больших затрат энергии и углерода и препятствует быстрому сбору информации. и обработки», — сказала Айшани Мазумдер, ведущий автор исследования. «Системы нейроморфного зрения предназначены для использования аналоговой обработки, аналогичной человеческому мозгу, что может значительно сократить количество энергии, необходимой для выполнения сложных зрительных задач, по сравнению с современными технологиями».
Исследователи направили ультрафиолетовый (УФ) свет на рисунок, который был распознан и запомнен датчиками устройства. Они обнаружили, что их устройство может сохранять информацию дольше, чем устройства, о которых сообщалось ранее, без частых электрических сигналов для обновления памяти, что значительно снижает потребление энергии и повышает производительность.
«Выполнение всех этих функций на одном маленьком устройстве до сих пор было большой проблемой, — сказал Валия. «С помощью нашего изобретения мы сделали возможность принятия решений в режиме реального времени, потому что ему не нужно обрабатывать большие объемы нерелевантных данных, и его не замедляет передача данных на отдельные процессоры».
Исследователи планируют продолжить работу над своим устройством, расширяя технологию для использования видимого и инфракрасного (ИК) света. Учитывая его крошечный размер и способность быстро обнаруживать и обрабатывать визуальную информацию в режиме реального времени, исследователи считают устройство полезным для целого ряда потенциальных приложений, включая бионическое зрение, оценку срока годности продуктов питания и расширенную криминалистику.
«Представьте себе беспилотный автомобиль, который может видеть и распознавать объекты на дороге так же, как человек-водитель, или способен быстро обнаруживать и отслеживать космический мусор, – – сказал Валия. «Это было бы возможно с технологией нейроморфного зрения. Нейроморфные роботы могут работать автономно в течение длительного времени в опасных ситуациях, когда рабочие подвергаются возможным обвалам, взрывам и токсичному воздуху».
Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional. Материалы.
