این تراشه کوچک مانند چشم می‌بیند، مانند مغز فکر می‌کند و فوراً به خاطر می‌سپارد

دانشمندان دستگاهی ساخته‌اند که مانند مغز می‌بیند و فکر می‌کند و در‌هایی را به سوی رباتیک بسیار سریع و وسایل نقلیه خودران ایمن‌تر می‌گشاید.

کد خبر: ۱۲۶۲۹۵۸

شنبه - ۲۷ ارديبهشت ۱۴۰۴ / May 17, 2025

به گزارش خبرنگار دانشگاه خبرگزاری دانشجو، مهندسان دانشگاه RMIT دستگاهی کوچک و شبیه مغز ساخته‌اند که می‌تواند حرکات دست را تشخیص دهد، خاطرات بصری را ذخیره کند و اطلاعات را پردازش کند - همه اینها بدون نیاز به کامپیوتر خارجی.

این نوآوری که به عنوان یک دستگاه نورومورفیک شناخته می‌شود، نحوه عملکرد مغز انسان را تقلید می‌کند. به گفته پروفسور سامیت والیا، محقق ارشد این پروژه، این دستگاه می‌تواند راه را برای پردازش بصری فوق سریع در خودرو‌های خودران، ربات‌های هوشمند و سایر فناوری‌های هوشمند که برای تعامل طبیعی‌تر با افراد طراحی شده‌اند، هموار کند.

بهره‌وری انرژی با توان آنالوگ

برخلاف سیستم‌های دیجیتال سنتی که مقادیر زیادی انرژی مصرف می‌کنند، فناوری بینایی نورومورفیک از پردازش به سبک آنالوگ مشابه عملکرد مغز ما استفاده می‌کند. این رویکرد به آن اجازه می‌دهد تا وظایف بصری پیچیده را با بهره‌وری انرژی بسیار بیشتری انجام دهد.

والیا، مدیر مرکز مواد و حسگر‌های اپتوالکترونیکی RMIT (COMAS)، گفت: «سیستم‌های بینایی نورومورفیک به گونه‌ای طراحی شده‌اند که از پردازش آنالوگ مشابه مغز ما استفاده کنند، که می‌تواند میزان انرژی مورد نیاز برای انجام وظایف بصری پیچیده را در مقایسه با فناوری‌های دیجیتال مورد استفاده امروزی تا حد زیادی کاهش دهد.»

ماده‌ای با حافظه

این کار، مواد نورومورفیک و پردازش سیگنال پیشرفته را به رهبری پروفسور اکرم الحورانی، معاون مدیر COMAS، گرد هم می‌آورد. در قلب این دستگاه، دی‌سولفید مولیبدن یا MoS۲ قرار دارد - ترکیبی فلزی که تنها چند اتم ضخامت دارد.

دانشمندان در آخرین تحقیقات خود نشان دادند که چگونه می‌توان از نقص‌های ریز در سطح اتمی در MoS۲ برای تشخیص نور و تبدیل آن به سیگنال‌های الکتریکی استفاده کرد. این شبیه به نحوه‌ی تحریک و ارتباط نورون‌ها در مغز است که به دستگاه اجازه می‌دهد اطلاعات بصری را در زمان واقعی ضبط و پردازش کند.

تقلید از چشم و مغز انسان

والیا گفت: «این دستگاهِ اثبات مفهوم، توانایی چشم انسان در دریافت نور و توانایی مغز در پردازش اطلاعات بصری را تقلید می‌کند و به آن امکان می‌دهد تا فوراً تغییر در محیط را حس کند و بدون نیاز به استفاده از حجم عظیمی از داده‌ها و انرژی، خاطرات را بسازد.»

«در مقابل، سیستم‌های دیجیتال فعلی بسیار پرمصرف هستند و نمی‌توانند با افزایش حجم و پیچیدگی داده‌ها همگام شوند، که این امر توانایی آنها را در تصمیم‌گیری‌های «واقعی» در زمان واقعی محدود می‌کند.»

این تحقیق در مجله Advanced Materials Technologies منتشر شده است. والیا و الحورانی نویسندگان مسئول و آقای ضی‌ها آونگ، محقق دکترا در RMIT، نویسنده اول آن هستند.

دانشگاه RMIT برای این کار، یک حق ثبت اختراع موقت ثبت کرده است.

دیدن حرکت، ساختن خاطره

در طول آزمایش‌ها، دستگاه تغییرات در حرکت دست در حال تکان دادن را بدون نیاز به ثبت فریم به فریم رویداد‌ها تشخیص داد - این به عنوان تشخیص لبه شناخته می‌شود که به پردازش داده و توان بسیار کمتری نیاز دارد.

پس از شناسایی تغییرات، دستگاه این رویداد‌ها را مانند مغز به عنوان خاطرات ذخیره کرد.

محققان آزمایش‌هایی را در طیف مرئی برای چشم انسان انجام دادند که بر اساس تحقیقات نورومورفیک قبلی این تیم در حوزه فرابنفش بود.

تی‌ها گفت: «ما نشان دادیم که دی‌سولفید مولیبدن با ضخامت اتمی می‌تواند رفتار نورون‌های نشتی ادغام و شلیک (LIF) را که یک بلوک ساختاری اساسی در شبکه‌های عصبی اسپایکی است، به طور دقیق تکرار کند.»

کار‌های گذشته با اشعه ماوراء بنفش فقط شامل تشخیص، ساخت حافظه و پردازش تصاویر ثابت بود. در هر دو دستگاه طیف مرئی و ماوراء بنفش، حافظه‌ها قابل تنظیم مجدد بودند تا دستگاه‌ها برای انجام کار بعدی آماده باشند.

سرعت نجات‌بخش و کاربرد‌های واقعی

نوآوری این تیم می‌تواند روزی زمان واکنش وسایل نقلیه خودکار و سیستم‌های رباتیک پیشرفته به اطلاعات بصری را بهبود بخشد، که می‌تواند بسیار مهم باشد، به ویژه در محیط‌های خطرناک و غیرقابل پیش‌بینی.

والیا گفت: «بینایی نورومورفیک در این کاربردها، که هنوز سال‌ها با آن فاصله داریم، می‌تواند تغییرات در یک صحنه را تقریباً فوراً و بدون نیاز به پردازش حجم زیادی از داده‌ها تشخیص دهد و امکان پاسخ بسیار سریع‌تری را فراهم کند که می‌تواند جان انسان‌ها را نجات دهد.»

الحورانی گفت: «برای ربات‌هایی که از نزدیک با انسان‌ها در تولید یا به عنوان دستیار شخصی کار می‌کنند، فناوری نورومورفیک می‌تواند با تشخیص و واکنش به رفتار انسان با حداقل تأخیر، تعاملات طبیعی‌تری را امکان‌پذیر کند.»

گسترش و افق‌های بعدی

این تیم اکنون در حال افزایش مقیاس دستگاه تک پیکسلیِ اثبات مفهوم به آرایه پیکسلی بزرگ‌تری از دستگاه‌های مبتنی بر MoS۲ است.

شورای تحقیقات استرالیا اخیراً با کمک هزینه زیرساخت، تجهیزات و امکانات ارتباطی (LIEF) به این تیم بودجه داده است تا امکان افزایش مقیاس دستگاه‌های نورومورفیک آنها را فراهم کند.

والیا گفت: «اگرچه سیستم ما جنبه‌های خاصی از پردازش عصبی مغز، به ویژه در بینایی را تقلید می‌کند، اما هنوز یک مدل ساده‌شده است.»

ما دستگاه‌ها را برای انجام کاربرد‌های خاص دنیای واقعی با وظایف بینایی پیچیده‌تر بهینه خواهیم کرد و مصرف برق را بیشتر کاهش خواهیم داد.

این تیم قصد دارد سیستم‌های هیبریدی توسعه دهد که فناوری آنالوگ خود را با الکترونیک دیجیتال مرسوم ادغام می‌کنند.

آینده ترکیبی: آنالوگ با دیجیتال ترکیب می‌شود

والیا گفت: «ما کار خود را مکمل محاسبات سنتی می‌دانیم، نه جایگزین آن.»

سیستم‌های مرسوم در بسیاری از وظایف برتری دارند، در حالی که فناوری نورومورفیک ما مزایایی را برای پردازش بصری ارائه می‌دهد که در آن بهره‌وری انرژی و عملکرد در زمان واقعی بسیار مهم هستند.

این تیم همچنین در حال بررسی موادی غیر از MoS۲ است که ممکن است قابلیت‌ها را به مادون قرمز گسترش دهند، که می‌تواند ردیابی بلادرنگ انتشار گاز‌های جهانی و سنجش هوشمند آلاینده‌هایی مانند گاز‌های سمی، عوامل بیماری‌زا و مواد شیمیایی را امکان‌پذیر کند.

مرجع: «MoS۲ تک‌لایه فوتواکتیو برای شبکه‌های عصبی اسپایکی که کاربرد‌های بینایی ماشین را فعال می‌کنند» نوشته‌ی تی‌ها آنگ، سیندو پریا گیریدار، عرفان اچ. عابدی، تیمور احمد، اکرم ال-هورانی و سمیه والیا، ۲۳ آوریل ۲۰۲۵، فناوری‌های مواد پیشرفته.

DOI: ۱۰.۱۰۰۲/admt.۲۰۲۴۰۱۶۷۷