O echipă formată din mai mulți cercetători care provin de la universități de prestigiu din China a dezvoltat recent un senzor menit să colecteze imagini, indiferent de gradul de iluminare. Acest mecanism are capacitatea de a reproduce artificial funcționarea retinei ochiului uman.
Acestă invenție este considerată un real avantaj pentru protecția spațiilor nesupravegheate, dar și penru monitorizarea de la distanță a mediului. Cercetătorii și-au propus să dezvolte un dispozitiv care poate detecta lumina, poate stoca date și poate efectua calcule, folosind hardware în formă de retină umană. Scopul muncii lor a fost de a realiza detectarea și recunoașterea mișcării cu un dispozitiv mai simplu și mai ușor, care consumă mai puțină energie.
„Echipa noastră de cercetare a început studiile asupra memoriei optoelectronice în urmă cu cinci ani”, a declarat Yang Chai, unul dintre cercetătorii care au dezvoltat senzorul. „Acest dispozitiv în curs de dezvoltare poate scoate semnale dependente de lumină și de istorie, ceea ce permite integrarea imaginii, acumularea de semnal slab, analiza spectrului și alte funcții complicate de procesare a imaginii, integrând multifuncția de detectare, stocare și procesare a datelor într-un singur dispozitiv.”
Primul prototip a fost dezvoltat în 2018, când cercetătorii au prezentat un dispozitiv care putea efectua atât operații de detecție foto, cât și operații logice. Un an mai târziu, echipa a prezentat o nouă variantă de dispozitiv care putea detecta mediul înconjurător, stoca informații în memoria sa și efectua operațiuni de preprocesare vizuală neuromorfă. În 2020, cercetătorii au îmbunătățit invenția concentrându-se asupra conceptului de paradigme de calcul aproape de senzor și în sensor, oferind astfel o nouă perspectivă în domeniu.
Invenția seamănă parțial cu retina umană, echipa evaluând capacitatea acesteia de a îndeplini unele dintre funcțiile retinei, inclusiv mișcarea și detectarea marginilor. Aceștia au descoperit că o rețea neuronală artificială care rulează pe dispozitivul inspirat de retină ar putea recunoaște obiectele în mișcare cu o precizie semnificativ mai mare decât algoritmii care rulează pe alte dispozitive.
Retina umană ajustează fotosensibilitatea fotoreceptorilor săi în funcție de intensitatea semnalelor, atunci când percepe semnale luminoase externe. Acest lucru permite ochiului uman să se adapteze treptat la diferite niveluri de iluminare, să vadă bine atât în medii întunecate, cât și în medii luminoase, o capacitate cunoscută sub numele de „adaptare vizuală”.
De-a lungul timpului, au existat și alte cercetări care au introdus dispozitive optoelectronice care se pot adapta la diferite condiții de iluminare. Cu toate acestea, majoritatea dispozitivelor propuse anterior pot replica doar mecanismul de adaptare fotopică al retinei. Procesul de adaptare scotopică, pe de altă parte, s-a dovedit până acum a fi mai greu de simulat.
„Drumul este încă lung până să putem replica pe deplin funcția de adaptare vizuală a retinei”, a explicat Chai. „Pentru a merge spre acest obiectiv, am proiectat un senzor de vedere de tip fototranzistor folosind un semiconductor ultrasubțire, care poate controla gradul de adaptare scotopică și adaptare fotopică în același dispozitiv prin aplicarea unor tensiuni de poartă diferite. În acest fel, imităm funcțiile de fotoreceptori și celulele orizontale din retină. Am realizat cu succes dispozitivele de adaptare vizuală cu senzori bio-inspirați, cu o gamă extinsă de percepție de 199 dB.”
Impedimentul replicilor din trecut era că prezentau doar răspunsuri optice și nu le puteau stoca eficient, prevenind astfel calculele de timp pentru ținte în mișcare. Noua versiune are o fotoconductivitate bipolară nevolatilă pozitivă și negativă, care permite o procesare diferențială temporală fără precedent și, prin urmare, poate fi aplicată atât țintelor în mișcare, cât și imaginilor statice.
Obiectivul pe care cercetătorii l-au setat pentru viitorul acestei invenții este de a reduce timpul de adaptare vizuală la nivelul microsecundelor. Aceștia sunt de părere că integrarea eterogenă a senzorilor de vedere și a unităților de post-procesare cu circuite de control reprezintă un pas foarte important pentru a trece către aplicații practice.
Articol de Izabela Constantin