Системы компьютерного зрения с ситуационной осведомленностью в режиме реального времени - важнейшее направление робототехники. Увы, в настоящее время такие системы довольно громоздки и требуют больших вычислительных мощностей. Потому имитация того, как человеческий глаз видит и обрабатывает изображения - нейроморфное зрение - могла бы стать настоящей революцией. Похоже, австралийские исследователи из Университета RMIT смогли разработать такую технологию.
Нейроморфное зрение
Подобно тому, как человеческий глаз посылает информацию в мозг для обработки и хранения, устройство захватывает свет, создает и обрабатывает информацию, классифицирует и сохраняет ее в своей памяти. «Нейроморфный» в данном случае означает нечто, что принимает форму или форму нервов или нервной системы.
«Человеческий глаз является исключительно умелым в реагировании на изменения в окружающей среде, более быстрым и гораздо более эффективным, чем камеры и компьютеры. Мы в течение нескольких лет работали над созданием камеры, которая обладает аналогичными способностями с помощью процесса нейроморфной инженерии», - говорит Сумит Валия, автор исследования.
Как это работает?
Устройство содержит единый один чип с чувствительным слоем, выполненным из матрицы легированного сурьмой оксида индия толщиной менее 3 нм - в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Датчики имитируют сетчатку глаза, храня и обрабатывая визуальную информацию на одной платформе.
Разрабатывая свое устройство, исследователи стремились скопировать передачу импульсов между нервными клетками (нейронами) в организме, называемую синаптической функцией. Синапсы соединяют один нейрон с другим и передают сообщения от нервов в мозг и наоборот. Исследователи использовали аналоговую обработку, аналогичную той, что используется нашим мозгом, позволяя устройству быстро и эффективно обрабатывать информацию с минимальными энергозатратами.
«Напротив, цифровая обработка является энергоемкой и препятствует быстрому сбору и обработке информации. Нейроморфные системы зрения предназначены для использования аналоговой обработки, как так, что осуществляется человеческим мозгом. Это может значительно уменьшить количество энергии, необходимой для выполнения сложных визуальных задач по сравнению с другими современными технологиями», - говорит Айшани Мазумдер, ведущий автор исследования.
В ходе тестов исследователи светили ультрафиолетовым светом на рисунок, который был распознан и заучен датчиками устройства. Далее обнаружилось, устройство может сохранять информацию дольше, чем другие системы, не нуждаясь при этом в частых электрических сигналах для обновления своей памяти. Это значительно снижает энергопотребление и повышает производительность.
«Выполнение всех этих функций на одном небольшом устройстве до сих пор было большой проблемой. Мы сделали возможным принятие решений в реальном времени с помощью нашего изобретения, потому что ему не нужно обрабатывать большие объемы неактуальных данных, и оно не тратит время на передачу данных на отдельные процессоры», - говорит Валия.
Исследователи планируют продолжить работу над своим устройством, расширяя технологию 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 применений, включая бионическое зрение, оценку свежести пищи и продвинутую криминалистику.
«Представьте себе самоуправляемый автомобиль, который может видеть и распознавать объекты на дороге так же, как живой водитель», - говорит Валия.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
