Η συσκευή θα μπορούσε μια μέρα να χρησιμοποιηθεί και σε αυτοοδηγούμενα αυτοκίνητα.

Τα συστήματα μηχανών που βασίζονται στην καταγραφή εικόνας,  με επίγνωση της κατάστασης σε πραγματικό χρόνο, αντιπροσωπεύουν την επόμενη γενιά στις τεχνολογίες stealth.

Επί του παρόντος, αυτά τα συστήματα είναι ογκώδη και πρέπει να εκτελούν μια σειρά βημάτων υπολογιστή για τον εντοπισμό, την επεξεργασία και την αποθήκευση εικόνων λόγω των ξεχωριστών μονάδων επεξεργασίας και μνήμης τους. Η μίμηση του τρόπου με τον οποίο το ανθρώπινο μάτι βλέπει και επεξεργάζεται τις εικόνες – που ονομάζεται νευρομορφική όραση – είναι ένας τρόπος για να φέρουν επανάσταση στα συστήματα που βασίζονται στην όραση.

Η συσκευή συλλαμβάνει το φως, δημιουργεί και επεξεργάζεται πληροφορίες και τις ταξινομεί και τις αποθηκεύει στη μνήμη της

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου RMIT της Αυστραλίας ηγήθηκαν της ανάπτυξης μιας νευρομορφικής συσκευής απόδειξης της ιδέας, με συνεισφορές από ερευνητές του Πανεπιστημίου Deakin και του Πανεπιστημίου της Μελβούρνης. Ακριβώς όπως το ανθρώπινο μάτι στέλνει πληροφορίες στον εγκέφαλο για επεξεργασία και αποθήκευση, η συσκευή συλλαμβάνει το φως, δημιουργεί και επεξεργάζεται πληροφορίες και τις ταξινομεί και τις αποθηκεύει στη μνήμη της.

Νευρομορφικό ουσιαστικά σημαίνει κάτι που παίρνει το σχήμα ή τη μορφή των νεύρων ή του νευρικού συστήματος.

Πώς λειτουργεί η συσκευή – Νευρομορφική μηχανική

«Το ανθρώπινο μάτι είναι εξαιρετικά έμπειρο στο να ανταποκρίνεται στις αλλαγές στο περιβάλλον με ταχύτερο και πολύ πιο αποτελεσματικό τρόπο από ό,τι οι κάμερες και οι υπολογιστές», δήλωσε η Sumeet Walia, αντίστοιχη συγγραφέας της μελέτης. «Παίρνοντας έμπνευση από το μάτι, εργαζόμαστε εδώ και αρκετά χρόνια για τη δημιουργία μιας κάμερας που έχει παρόμοιες ικανότητες μέσω της διαδικασίας της νευρομορφικής μηχανικής».

Η συσκευή περιλαμβάνει ένα ενιαίο τσιπ με ένα στρώμα ανίχνευσης κατασκευασμένο από μια σειρά οξειδίου του ινδίου με πρόσμειξη αντιμονίου πάχους μικρότερου των 3 nm, χιλιάδες φορές λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα. Οι αισθητήρες μιμούνται τον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού, αποθηκεύοντας και επεξεργάζοντας οπτικές πληροφορίες σε μία πλατφόρμα.

Κατά την ανάπτυξη της συσκευής τους, οι ερευνητές είχαν ως στόχο να μιμηθούν τη μετάδοση παλμών μεταξύ των νευρικών κυττάρων (νευρώνων) στο σώμα, που ονομάζεται συναπτική λειτουργία. Οι συνάψεις συνδέουν έναν νευρώνα με έναν άλλο και μεταδίδουν μηνύματα από τα νεύρα στον εγκέφαλο και αντίστροφα. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αναλογική επεξεργασία, παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιεί ο εγκέφαλός μας, επιτρέποντας στη συσκευή να επεξεργάζεται πληροφορίες γρήγορα και αποτελεσματικά με ελάχιστη ενέργεια.

«Σε αντίθεση (με τα νευρομορφικά συστήματα όρασης), η ψηφιακή επεξεργασία είναι έντασης ενέργειας και άνθρακα και αναστέλλει την ταχεία συλλογή και επεξεργασία πληροφοριών», δήλωσε ο Aishani Mazumder, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. «Τα νευρομορφικά συστήματα όρασης έχουν σχεδιαστεί για να χρησιμοποιούν παρόμοια αναλογική επεξεργασία με τον ανθρώπινο εγκέφαλο, η οποία μπορεί να μειώσει σημαντικά την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την εκτέλεση σύνθετων οπτικών εργασιών σε σύγκριση με τις σημερινές τεχνολογίες».

Οι ερευνητές έριξαν υπεριώδες φως (UV) σε ένα μοτίβο που αναγνωρίστηκε και απομνημονεύτηκε από τους αισθητήρες της συσκευής. Διαπίστωσαν ότι η συσκευή τους μπορούσε να διατηρήσει πληροφορίες περισσότερο από συσκευές που είχαν αναφερθεί προηγουμένως χωρίς να χρειάζεται συχνά ηλεκτρικά σήματα για να ανανεώνεται η μνήμη της, μειώνοντας σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας και βελτιώνοντας την απόδοση.

Δυνατή η λήψη αποφάσεων σε πραγματικό χρόνο από τη συσκευή

«Η εκτέλεση όλων αυτών των λειτουργιών σε μια μικρή συσκευή είχε αποδειχθεί μεγάλη πρόκληση μέχρι τώρα», είπε ο Walia. «Έχουμε κάνει δυνατή τη λήψη αποφάσεων σε πραγματικό χρόνο με την εφεύρεσή μας, επειδή δεν χρειάζεται να επεξεργάζεται μεγάλες ποσότητες άσχετων δεδομένων και δεν επιβραδύνεται από τη μεταφορά δεδομένων σε ξεχωριστούς επεξεργαστές».

Πιθανή εφαρμογή: Η ΒΙΟΝΙΚΗ ΟΡΑΣΗ

Οι ερευνητές σχεδιάζουν να συνεχίσουν να εργάζονται στη συσκευή τους, επεκτείνοντας την τεχνολογία για τη χρήση ορατού και υπέρυθρου (IR) φωτός. Δεδομένου του μικροσκοπικού μεγέθους και της ικανότητάς του να εντοπίζει και να επεξεργάζεται γρήγορα οπτικές πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο, οι ερευνητές θεωρούν τη συσκευή χρήσιμη για μια σειρά πιθανών εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της βιονικής όρασης, της αξιολόγησης της διάρκειας ζωής των τροφίμων και της προηγμένης εγκληματολογίας.

Αυτοοδηγούμενα οχήματα με νευρομορφικά συστήματα όρασης

«Φανταστείτε ένα αυτοοδηγούμενο αυτοκίνητο που μπορεί να δει και να αναγνωρίσει αντικείμενα στο δρόμο με τον ίδιο τρόπο που ένας άνθρωπος οδηγός μπορεί ή να είναι σε θέση να ανιχνεύει και να παρακολουθεί γρήγορα διαστημικά σκουπίδια», είπε ο Walia. «Αυτό θα ήταν δυνατό με την τεχνολογία νευρομορφικής όρασης. Τα νευρομορφικά ρομπότ έχουν τη δυνατότητα να λειτουργούν αυτόνομα για μεγάλες περιόδους, σε επικίνδυνες καταστάσεις όπου οι εργαζόμενοι εκτίθενται σε πιθανές σπηλιές, εκρήξεις και τοξικό αέρα».

Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Functional Materials .

(photo: pixabay)