Японские исследователи представили автономный искусственный синапс, способный различать цвета с поразительной точностью

По мере развития искусственного интеллекта и интеллектуальных устройств машинное зрение играет всё более важную роль в качестве ключевого элемента современных технологий. К сожалению, несмотря на значительный прогресс, системы машинного зрения по-прежнему сталкиваются с серьёзной проблемой: обработка огромных объёмов визуальных данных, генерируемых каждую секунду, требует значительных энергозатрат, места для хранения и вычислительных ресурсов. Это ограничение затрудняет внедрение возможностей визуального распознавания в периферийных устройствах, таких как смартфоны, дроны или автономные транспортные средства.

Интересно, что зрительная система человека предлагает убедительную альтернативную модель. В отличие от обычных систем машинного зрения, которым приходится фиксировать и обрабатывать каждую деталь, наши глаза и мозг выборочно фильтруют информацию, обеспечивая более высокую эффективность визуальной обработки при минимальном энергопотреблении.

Таким образом, нейроморфные вычисления, имитирующие структуру и функции биологических нейронных систем, стали многообещающим подходом к преодолению существующих проблем в области компьютерного зрения. Однако сохраняются две основные проблемы. Первая — достижение уровня распознавания цветов, сравнимого с человеческим зрением, а вторая — устранение необходимости во внешних источниках питания для минимизации энергопотребления.

На этом фоне исследовательская группа под руководством доцента Такаси Икуно из Школы передовых инженерных технологий, факультета электронных систем Токийского научного университета (TUS), Япония, разработала революционное решение. В их статье, опубликованной в Scientific Reports 12 мая 2025 года, представлен автономный искусственный синапс, способный различать цвета с поразительной точностью.

Исследователи создали своё устройство, объединив два различных фотоэлемента,, которые по-разному реагируют на свет разной длины волны. В отличие от обычных оптоэлектронных искусственных синапсов, которым требуются внешние источники питания, предлагаемый синапс вырабатывает электричество за счёт преобразования солнечной энергии. Эта возможность самостоятельного питания делает его особенно подходящим для периферийных вычислений, где энергоэффективность имеет решающее значение.

Как показали обширные эксперименты, полученная система может различать цвета с разрешением 10 нанометров в видимом спектре — уровень различения, близкий к человеческому глазу. Более того, устройство также демонстрирует биполярную реакцию, генерируя положительное напряжение при синем свете и отрицательное напряжение при красном свете. Это позволяет выполнять сложные логические операции, для которых обычно требуется несколько обычных устройств.

«Результаты показывают большой потенциал для применения этого оптоэлектронного устройства нового поколения, которое позволяет одновременно различать цвета с высоким разрешением и выполнять логические операции, в маломощных системах искусственного интеллекта (ИИ) с функцией визуального распознавания», — отмечает доктор Икуно.

Чтобы продемонстрировать применение в реальных условиях, команда использовала своё устройство в рамках системы физических вычислений для распознавания различных движений человека, записанных красным, зелёным и синим цветами. Система достигла впечатляющей точности в 82% при классификации 18 различных комбинаций цветов и движений с помощью всего одного устройства, а не нескольких фотодиодов, необходимых в обычных системах.

Источник: techxplore.com

Комментарии: