Имитация человеческого глаза подняла роботизированное «зрение» на новый уровень
Системы на основе машинного зрения с ситуационной осведомленностью в режиме реального времени представляют собой новое поколение стелс-технологий. В настоящее время они громоздки и должны выполнять ряд вычислительных 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 произвести революцию в системах, основанных 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.
«Человеческий глаз исключительно хорошо умеет реагировать на изменения в окружающей среде быстрее и гораздо эффективнее, чем камеры и компьютеры, — рассказал Сумит Валия, корреспондент исследования. — Черпая вдохновение из глаз, 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 — он 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. Ученые использовали аналоговую обработку, аналогичную той, которую использует наш мозг, что позволило устройству быстро и эффективно обрабатывать информацию с минимальными затратами энергии.
«Цифровая обработка, напротив, требует больших затрат энергии и углерода и препятствует быстрому сбору и обработке информации, — пояснил Айшани Мазумдер, ведущий автор исследования. — Системы нейроморфного зрения предназначены для использования аналоговой обработки, принцип который схож с функционалом мозга человека, что может значительно снизить количество энергии, необходимой для выполнения сложных зрительных задач».
Исследователи направили ультрафиолетовый (УФ) свет на рисунок, который был распознан и запомнен датчиками устройства. Они обнаружили, что их устройство может сохранять информацию дольше, чем существующие аналоги. Ему не требуются частые электрические сигналы 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. С помощью нашего изобретения мы сделали возможность принятия решений в реальном времени, потому что ему не нужно обрабатывать большие объемы нерелевантных данных, и его не замедляет передача данных на отдельные процессоры», — заявил Валия.
Исследователи планируют продолжить работу над своей разработкой, расширяя технологию для использования видимого и инфракрасного (ИК) света. Учитывая крошечный размер, а также способность быстро обнаруживать и обрабатывать визуальную информацию в режиме реального времени, исследователи считают устройство полезным для ряда потенциальных приложений, включая бионическое зрение, оценку срока годности продуктов питания и расширенную судебную экспертизу.
«Представьте себе беспилотный автомобиль, который может видеть и распознавать объекты на дороге так же, как человек-водитель. Или спутник, способный быстро обнаруживать и отслеживать космический мусор. Нейроморфные роботы могут работать автономно в течение длительного времени в опасных ситуациях, когда рабочие подвергаются возможным обвалам, взрывам и токсичному воздуху», — пишут авторы статьи.