據(jù)《應(yīng)用物理快報》近日報道,美國俄勒岡州立大學(xué)在新型光學(xué)傳感器研發(fā)上取得重大進展。他們開發(fā)出一種新型光學(xué)傳感器,可更逼真地模仿人眼感知物體變化的能力。這一成果有望帶來圖像識別、機器人技術(shù)和人工智能等領(lǐng)域的重大突破。
目前的信息處理算法和體系結(jié)構(gòu)變得越來越像人的大腦,但信息接收的方式仍是為傳統(tǒng)計算機設(shè)計的。為了發(fā)揮其全部潛能,更像人腦那樣“思考”的計算機需要更像人眼那樣“看”的圖像傳感器。
人眼包含約1億個感光器,但視神經(jīng)與大腦的連接只有一百萬個,因此在傳輸圖像之前,必須在視網(wǎng)膜中進行大量的預(yù)處理和動態(tài)壓縮。
傳統(tǒng)的傳感技術(shù),如數(shù)碼相機和智能手機中的芯片,更適合順序處理。每個傳感器都會產(chǎn)生一個幅度隨其接收的光強度而變化的信號,這意味著靜態(tài)圖像會使傳感器產(chǎn)生較為恒定的輸出電壓。
在新型視網(wǎng)膜形態(tài)傳感器中,利用了鈣鈦礦的獨特光電性能。鈣鈦礦置于厚度僅幾百納米的超薄層中充當電容器,在光照下,它會從電絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體。因此傳感器在靜態(tài)條件下保持相對安靜,當檢測到光照變化時,會記錄一個短而尖銳的信號,然后迅速恢復(fù)到其基線狀態(tài)。
研究人員通過模擬一系列視網(wǎng)膜形態(tài)傳感器,以預(yù)測視網(wǎng)膜形態(tài)攝像機如何響應(yīng)輸入刺激。例如,在棒球練習的模擬演示中,內(nèi)場球員顯示為清晰可見、明亮的運動物體,而看臺等相對靜止的物體逐漸消失。更加引人注目的是,一只鳥飛進了視野,然后停在一個看不見的喂鳥器上,幾乎消失了,卻在起飛時重新出現(xiàn)。
研究人員還可將任何視頻輸入這些模擬,并以與人眼基本相同的方式處理信息。比如讓機器人用這些傳感器來跟蹤目標的運動,其視野中的任何靜止狀態(tài)都不會引起響應(yīng),一旦目標發(fā)生運動,則會產(chǎn)生高壓,立即告訴機器人目標的位置,而無需進行任何復(fù)雜的圖像處理。
這種新型傳感器還能與神經(jīng)形態(tài)計算機完美匹配。神經(jīng)形態(tài)計算機與傳統(tǒng)計算機不同,是一種模擬人腦的大規(guī)模并行網(wǎng)絡(luò),為用于自動駕駛汽車、機器人技術(shù)和高級圖像識別中的下一代人工智能提供支持。
總編輯圈點
人腦所處理的信息,超過80%都是通過眼睛獲得的,而視覺系統(tǒng)的信息處理能力,又很大程度上依賴于視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)和功能。因此,構(gòu)建出一個可以媲美人眼、能夠同步進行信息探測和處理功能的視網(wǎng)膜傳感器——或者說,真實模仿自然界生物的眼睛,一直是許多工程師的夢想。近幾年,這一領(lǐng)域已經(jīng)開始出現(xiàn)非常有價值的突破,譬如本文中的光學(xué)傳感器就是其中之一,不過,要想看到這一技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用,或許至少還要十年以后。
關(guān)鍵詞: 新型光學(xué)傳感器
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