רשתית מלאכותית מאפשרת תפיסה וקידוד של קרינת אינפרא אדום בינונית - עולם הפיזיקה

בדחיפה לפיתוח מערכות מחשוב חדשות המחקות את המוח, חוקרים בסינגפור ובסין המציאו מכשיר רשתית מלאכותית לתפיסה וזיהוי של עצמים הפולטים קרינה אינפרא אדומה בינונית (MIR). בהשראת אופן פעולת הראייה האנושית, המכשיר הנוירומורפי הוא צעד לקראת ראיית מכונת MIR טובה יותר, שהיא טכנולוגיה חשובה לאבחון רפואי, נהיגה אוטונומית, ראיית לילה חכמה והגנה צבאית.

ראיית מכונה אינפרא-אדום נוכחית הפרידה פיזית בין יחידות חישה ועיבוד, מה שיוצר כמויות גדולות של נתונים מיותרים. זה לא אידיאלי כי זה גורם לחוסר יעילות מחשוב ואנרגיה. לעומת זאת, מערכת החישה החזותית של האדם יעילה מאוד, עם רשתית קומפקטית שתופסת ומעבדת נתונים חזותיים - יותר מ-80% מהקליטה של ​​המוח שלנו - שמועברת לאחר מכן לקליפת הראייה של המוח לצורך עיבוד נוסף. קולטני הפוטו של הרשתית מקבלים גירויי אור מתמשכים, המומרים לפוטנציאלים חשמליים, והאחרונים מקודדים לרכבות של פולסים חשמליים הנקראים קוצים. רכבת קוצים המכילה את מידע הגירוי עוברת לקליפת הראייה.

בהשראת הרשתית הביולוגית, פאקון וואנג ופאנגצ'ן הו באוניברסיטה הטכנולוגית נאניאנג בסינגפור, יחד עם עמיתים, המציאו רשתית אופטו-אלקטרונית המבוססת על דו-ממד הטרומבנה של ואן דר ואלס. הטרומבנה זה מורכב משכבה של זרחן ארסן שחור (b-AsP) על גבי שכבת מוליבדן טלוריד (MoTe).₂). חומרים אלו נבחרו בשל תגובתם המהירה לאור ויעילות הספיגה הגבוהה שלהם.

מונע אופטי

מחקרים קודמים התמקדו בפיתוח מכשירים נוירומורפיים הרגישים לאור עם אורכי גל גלויים וקרובים לאינפרא אדום (NIR). מחקר זה מרחיב את טווח אורכי הגל ל-MIR. חידוש חשוב נוסף במחקר האחרון הוא שפונקציית הקידוד מונעת בצורה אופטית ולא חשמלית, מה שמבטיח לפעולה במהירות גבוהה.

פולסי לייזר NIR ניתנים לתכנות, המופעלים בו-זמנית עם פולסי לייזר MIR, מקודדים את המידע לרכבות ספייק. פעימות ה-NIR הסטוכסטיות משנות את הזרם הנרגש ב-MIR במכשיר, כאשר ספייק נוצר כאשר הזרם חורג מערך הסף. זה מחקה את הקידוד ברשתית האדם. המכשיר נותן תגובה יציבה לאור גם עבור תדר פולס NIR של 100 קילו-הרץ, מה שמבטיח קידוד עוצמת MIR ברמת דיוק גבוהה.

מערכות אדפטיביות

תכונה חשובה נוספת של מערכות חכמות היא הסתגלות. כדי להתאים לסביבה החזותית שלה, מערכת הראייה MIR צריכה להיות בעלת טווח עבודה דינמי רחב של עוצמות MIR ודיוק קידוד גבוה. החוקרים בדקו את המכשיר שלהם עם מסכת מתכת עם תשע דמויות חלולות של המספר "3" המוארות בלייזר MIR. זה שימש כדי לחקות את מטרות ה-MIR האמיתיות כמו דגימת רקמה. הם מצאו דיוק קידוד מצוין, כאשר התמונה המקודדת תואמת את התמונה המקורית בדיוק של למעלה מ-97%. הצוות גם הראה שניתן להשתמש בפרמטרי הדופק של NIR כדי לשלוט בטווח העבודה הדינמי ובדיוק.

לעין מלאכותית יש פוטנציאל להתעלות על הראייה האנושית

יתרה מזאת, הם חיברו את המכשיר שלהם למה שנחשב לאחת הרשתות העצביות המלאכותיות (ANN) היעילות והדמויות למוח הנקראות רשת עצבית מתקדמת. ב-ANN הזה, נוירונים מתקשרים על ידי שליחה וקבלה של דוקרנים כנשאי מידע, בדומה למוח. הם השתמשו במערכת זו כדי לסווג תמונות MIR של דמויות מספריות ב- קבוצת נתונים של MNIST, המשמש להכשרת מערכות עיבוד תמונה, והשיג דיוק גדול מ-96%.

וואנג, שהוביל את המחקר, אומר שהרשתית המלאכותית שלהם תואמת לטכנולוגיית CMOS, ומציעה שתי דרכים לקדם את המחקר: "האחת היא לשפר את פונקציות ההתקן, כמו שילוב פונקציית הזיכרון במכשיר הזה, כדי לממש את שילוב התפיסה. , קידוד, זיכרון ועיבוד. השני הוא לשלב את המכשיר עם ננופוטוניקה של גלים מודרכים על מנת להשיג מהירויות פעולה מהירות יותר וצריכת אנרגיה נמוכה יותר".

המחקר מתואר ב תקשורת טבע.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• קנה ומכירה של מניות בחברות PRE-IPO עם PREIPO®. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/artificial-retina-enables-perception-and-encoding-of-mid-infrared-radiation/