تقلید از سیستم بینایی انسان برای ارتقای عملکرد حسگر‌ها

محققان دستگاه اپتوالکترونیکی ساختند که از بینایی انسان برای محاسبات درون حسگری تقلید می‌کند. این سامانه مصرف انرژی کم و سرعت بالایی دارد.

کد خبر: ۱۱۹۸۰۳۹

سه‌شنبه - ۰۶ آذر ۱۴۰۳ / November 26, 2024

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو؛ به نقل از ستاد نانو، برای درک جهان، انسان‌ها تا حد زیادی به چشمان خود متکی هستند. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که سیستم بینایی انسان سلسله مراتبی است، به این معنی که اطلاعات را در سطوح مختلف پردازش می‌کند، از پردازش سطح پایین محرک‌های حسی تا پردازش سطح بالا مرتبط با توانایی‌های شناختی پیشرفته‌تر.

دانشمندان در تلاش برای توسعه سیستم‌هایی هستند که ساختار سلسله مراتبی سیستم بینایی انسان را تقلید می‌کنند تا سطوح مختلف پردازش اطلاعات را به طور مؤثری کنترل کنند. یکی از رویکرد‌های پیشنهادی برای دستیابی به این امر، محاسبات درون حسگر است که مستلزم ادغام عملکرد‌های حسگر، حافظه و پردازش در یک دستگاه واحد است.

محققان دانشگاه سینگو‌ها به تازگی یک دستگاه نوری جدید برای محاسبات درون حسگری ساخته‌اند. این دستگاه که در مقاله منتشر شده در Nature Nanotechnology معرفی شده است، بر اساس آرایه‌ای کاملاً یکپارچه از ممریستور‌های اپتوالکترونیک (OEMs) ساخته شده است، اجزای سخت افزاری که می‌توانند اطلاعات را هم پردازش و هم ذخیره کنند.

هیی هوانگ، ژیانگ پنگ لیانگ و همکارانشان در مقاله خود نوشتند: «ادغام یکپارچه مقیاس بزرگ محاسبات درون حسگری با مدار‌های فلز-اکسید-نیمه‌رسانا (CMOS) همچنان چالش‌برانگیز است و فاقد نمایش عملکردی در سطح سخت‌افزار است. ما آرایه‌ای کاملاً یکپارچه با سلول‌های ممریستور و مدار‌های CMOS سیلیکونی ساخته‌ایم که دارای عملکرد چند حالته قابل تنظیم است که شامل سه حالت مختلف ممریستور الکترونیکی، OEM دینامیک و غیر OEM فرار (NV-OEM) است.»

این دستگاه ارائه شده توسط محققان از الکتریسیته و نور برای پردازش همزمان اطلاعات و ذخیره داده‌ها استفاده می‌کند که برای برنامه‌های محاسباتی درون حسگر ضروری است. OEM‌ها دارای ساختار لایه‌ای با مواد مختلف (Pd/TiOx/ZnO/TiN) هستند که روی هم قرار گرفته‌اند.

قابل ذکر است که آرایه OEM کاملاً یکپارچه این تیم دارای حالت‌های مختلف عملکردی قابل تنظیم است. این حالت‌ها به سیستم اجازه می‌دهد تا پردازش اطلاعات سلسله مراتبی سیستم بینایی انسان را تقلید کند.

محققان دستگاه مبتنی بر OEM خود را در یک سری آزمایش‌های اولیه مورد ارزیابی قرار داده‌اند و از آن برای اجرای الگوریتم‌های بینایی کامپیوتری استفاده کردند. یافته‌های آنها بسیار امیدوارکننده بود، زیرا آرایه OEM دقت خوبی را در هر سه کار بصری که روی آنها آزمایش شده بود، فعال می‌کرد، در حالی که انرژی کمتری مصرف می‌کرد.

نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای در نشریه Nature Nanotechnology به چاپ رسیده است.