بینایی مصنوعی پایدار با چاشنی عسل!

گروهی از مهندسان دانشگاه گلاسکو با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه ایالتی سائوپائولو (UNESP) و دانشگاه متروپولیتن هنگ‌کنگ موفق به توسعه یک سامانه بینایی مصنوعی کم‌مصرف شده‌اند که از ساختاری الهام‌گرفته از مغز انسان و مواد ارگانیک، بازیافت‌پذیر و زیست‌تجزیه‌پذیر بهره می‌برد.

به گزارش تک اکسپلور، این سامانه قادر است رنگ‌ها را تشخیص داده و به خاطر بسپارد، آن هم با مصرف حداقلی انرژی، که می‌تواند به کاهش زباله‌های الکترونیکی کمک کند.

ویژگی‌های سامانه EGOFET

این سامانه که ترانزیستور اثر میدانی آلی کنترل‌شونده با الکترولیت (EGOFET) نام دارد، سه عملکرد کلیدی را در یک واحد ترکیب می‌کند: دریافت نور، پردازش اطلاعات و ذخیره‌سازی حافظه، مشابه عملکرد سیستم بینایی انسان. این سامانه حتی پس از خاموش شدن نیز قادر به حفظ اطلاعات ذخیره‌شده است، خاصیتی که به آن غیر فرّار بودن می‌گویند.

به گفته پژوهشگران، این ویژگی می‌تواند موجب افزایش کارایی این سامانه در کاربرد‌های دنیای واقعی شود، به‌ویژه در مواردی که نیاز به پردازش سریع اطلاعات بصری وجود دارد، مانند پهپاد‌های خودران یا سامانه‌های امنیتی هوشمند.

بهبود عملکرد نسبت به حسگر‌های سیلیکونی

سامانه EGOFET نسبت به تلاش‌های پیشین برای ساخت سیستم‌های بینایی مصنوعی مبتنی بر حسگر‌های سیلیکونی CMOS عملکرد بهتری دارد. حسگر‌های سیلیکونی به منابع پردازشی و توان بالایی نیاز دارند، اما فناوری جدید، با الهام از سیناپس‌های مغزی، این سه عملکرد را به‌طور همزمان و درون حافظه انجام می‌دهد. این رویکرد مشکل تأخیر پردازشی را که در معماری‌های معمولی به دلیل جدایی بین واحد پردازش و حافظه رخ می‌دهد، برطرف می‌کند.

تئودوروس سرگیو از دانشکده مهندسی جیمز وات دانشگاه گلاسکو، که رهبری این پروژه را بر عهده داشته است، می‌گوید: "سامانه جدید ما مصرف انرژی بسیار پایینی دارد و از مواد پایدار ساخته شده است، که می‌تواند زمینه را برای توسعه سامانه‌های بینایی مصنوعی مقیاس‌پذیر و سازگار با محیط‌زیست در آینده فراهم کند."

نحوه ساخت و عملکرد دستگاه

محققان برای ساخت نمونه اولیه این سامانه، از زیرلایه‌ای شیشه‌ای، الکترود‌های طلا، یک لایه آلی فتوسنسیتیو (پریلین) و لایه‌ای از عسل به عنوان الکترولیت استفاده کرده‌اند. این سیستم به عنوان یک حسگر نوری عمل کرده و در پاسخ به طول‌موج‌ها و شدت‌های مختلف نور، پالس‌هایی از جریان الکتریکی تولید می‌کند. این ویژگی امکان برنامه‌ریزی حافظه و ثبت اطلاعات بصری را حتی پس از خاموش شدن دستگاه فراهم می‌آورد.

سامانه EGOFET یکی از بالاترین عملکرد‌های ثبت‌شده تاکنون را دارد و تنها ۲.۴ پیکوجول انرژی برای هر رویداد تولید پالس مصرف می‌کند. این میزان در مقایسه با حسگر‌های تصویربرداری سیلیکونی متداول، که میلیون‌ها برابر انرژی بیشتری نیاز دارند، بسیار پایین‌تر است.

کاربرد‌های گسترده و آینده‌پژوهی

جف کتل از دانشکده مهندسی جیمز وات، نویسنده مسئول این پژوهش، می‌گوید: "دستگاه ما قادر است رفتار‌های سیناپسی کلیدی مانند انعطاف‌پذیری کوتاه‌مدت و بلندمدت، وابستگی به زمان اسپایک و تسهیل پالس‌های جفت‌شده را با دقت بالا شبیه‌سازی کند. پیامد‌های این تحقیق فراتر از بینایی مصنوعی است و می‌تواند در حوزه‌های محاسبات نورومورفیک پایدار، پردازش تصویر و الکترونیک زیست‌الهام‌گرفته کم‌مصرف نیز کاربرد داشته باشد. "

گام بعدی محققان توسعه آرایه‌هایی از این دستگاه برای بهبود قابلیت‌های تشخیص تصویر و ارتقای عملکرد سامانه‌های بینایی مصنوعی است. همچنین، به دلیل استفاده از مواد زیست‌سازگار، انتظار می‌رود که عناصر شیشه‌ای و طلایی این سیستم پس از پایان عمر مفید آن بازیافت شده و اجزای آلی به‌طور طبیعی تجزیه شوند.

این پژوهش با عنوان "ترانزیستور‌های اثر میدانی آلی کنترل‌شونده با الکترولیت سیناپسی پایدار و قابل تنظیم برای سامانه‌های ادراک بصری تطبیقی نوری" در نشریه Advanced Functional Materials منتشر شده است.

انتهای پیام/