人工突觸可實(shí)現接近人類(lèi)的顏色辨別

日本東京理科大學(xué) （TUS） 電子系統工程系工程系開(kāi)發(fā)了一種開(kāi)創(chuàng )性的自供電人工突觸，能夠以極高的精度區分顏色。該研究由同樣來(lái)自 TUS 的 Hiroaki Komatsu 先生和 Norika Hosoda 女士合著(zhù)。

盡管人工智能和傳感器取得了重大進(jìn)展，但機器視覺(jué)系統在處理每秒生成的大量視覺(jué)數據方面仍然面臨重大挑戰，這需要大量的電力、存儲和計算資源。這使得在智能手機、無(wú)人機或自動(dòng)駕駛汽車(chē)等邊緣設備中部署視覺(jué)識別功能變得困難。研究人員開(kāi)發(fā)的人工突觸是自供電的，解決了邊緣應用固有的功率限制。

然而，與必須捕獲和處理每個(gè)細節的傳統機器視覺(jué)系統不同，人類(lèi)視覺(jué)系統有選擇地過(guò)濾信息，從而在消耗最少功率的同時(shí)實(shí)現更高的視覺(jué)處理效率。因此，模擬生物神經(jīng)系統結構和功能的神經(jīng)形態(tài)計算已成為克服計算機視覺(jué)中現有障礙的一種有前途的方法。然而，兩個(gè)主要挑戰仍然存在。第一個(gè)是實(shí)現與人類(lèi)視覺(jué)相媲美的顏色識別，而第二個(gè)是無(wú)需外部電源以最大限度地降低能耗。

研究人員將兩種不同的染料敏化太陽(yáng)能電池集成在一起，它們對不同波長(cháng)的光有不同的反應，以產(chǎn)生它們的人工突觸。與需要外部電源的傳統光電人工突觸不同，擬議的突觸通過(guò)太陽(yáng)能轉換發(fā)電。這種自供電能力使其特別適用于能源效率至關(guān)重要的邊緣計算應用。

廣泛的實(shí)驗表明，所得系統可以在可見(jiàn)光譜中以 10 納米的分辨率區分顏色。這種辨別力接近人眼的辨別力。此外，該器件表現出雙極響應，在藍光下產(chǎn)生正電壓，在紅光下產(chǎn)生負電壓。這使得通常需要多個(gè)傳統器件的復雜邏輯作成為可能。

“結果表明，這種下一代光電器件可以同時(shí)實(shí)現高分辨率的顏色辨別和邏輯運算，在具有視覺(jué)識別功能的低功耗人工智能系統中應用巨大潛力，”生野博士指出。

為了演示實(shí)際應用，該團隊在物理儲層計算框架中使用人工突觸來(lái)識別以紅色、綠色和藍色記錄的不同人類(lèi)運動(dòng)。該系統在僅使用單個(gè)設備對 18 種不同的顏色和運動(dòng)組合進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，實(shí)現了令人印象深刻的 82% 準確率，而不是傳統系統中所需的多個(gè)光電二極管。

這項研究的影響延伸到多個(gè)行業(yè)。例如，在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中，這些設備可以更有效地識別交通信號燈、路標和障礙物。在醫療保健領(lǐng)域，它們可以為監測生命體征（如血氧水平）的可穿戴設備供電，同時(shí)將電池消耗降至最低。

Ikuno 博士評論道：“我們相信這項技術(shù)將有助于實(shí)現具有接近人眼顏色辨別能力的低功耗機器視覺(jué)系統，應用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的光學(xué)傳感器、醫療用途的低功耗生物識別傳感器和便攜式識別設備。