مهندسان دانشگاه RMIT یک دستگاه کوچک و شبیه مغز ساخته‌اند که می‌تواند حرکات دست را تشخیص دهد، خاطرات بصری را ذخیره و اطلاعات را پردازش کند و همه این‌ها بدون نیاز به یک کامپیوتر خارجی انجام می‌شود.
این نوآوری که به عنوان یک دستگاه نورومورفیک شناخته می‌شود، روش کار مغز انسان را تقلید می‌کند. به گفته پروفسور سومیت والیا، محقق ارشد این پروژه، این فناوری می‌تواند راه را برای پردازش بصری فوق‌سریع در خودروهای خودران، ربات‌های هوشمند و سایر فناوری‌های هوشمندی که برای تعامل طبیعی‌تر با انسان طراحی شده‌اند، هموار کند.
بازدهی انرژی با قدرت آنالوگ
برخلاف سیستم‌های دیجیتال سنتی که مقدار زیادی انرژی مصرف می‌کنند، فناوری دید نورومورفیک از پردازش به سبک آنالوگ مشابه نحوه عملکرد مغز ما استفاده می‌کند. این رویکرد به آن امکان می‌دهد تا وظایف بصری پیچیده را با بازدهی انرژی بسیار بیشتری انجام دهد.
والیا، مدیر مرکز مواد و حسگرهای اپتوالکترونیک RMIT (COMAS)، گفت:
سیستم‌های دید نورومورفیک طوری طراحی شده‌اند که از پردازش آنالوگ مشابه مغز ما استفاده کنند، که می‌تواند مقدار انرژی مورد نیاز برای انجام وظایف بصری پیچیده را در مقایسه با فناوری‌های دیجیتال امروزی به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
ماده‌ای با حافظه
این کار، مواد نورومورفیک و پردازش سیگنال پیشرفته را که توسط پروفسور اکرم آل‌هورانی، معاون مدیر COMAS، رهبری می‌شود، گرد هم می‌آورد. در قلب این دستگاه، دی‌سولفید مولیبدن یا MoS2 قرار گرفته، یک ترکیب فلزی که تنها چند اتم ضخامت دارد.
دانشمندان در آخرین تحقیقات خود نشان دادند که چگونه نقص‌های ریز در سطح اتمی در MoS2 می‌تواند برای تشخیص نور و تبدیل آن به سیگنال‌های الکتریکی استفاده شود. این شبیه به نحوه شلیک و ارتباط نورون‌ها در مغز است و به دستگاه اجازه می‌دهد تا اطلاعات بصری را در زمان واقعی ثبت و پردازش کند.
تقلید از چشم و مغز انسان
والیا گفت:
این دستگاه اثبات مفهوم، توانایی چشم انسان در گرفتن نور و توانایی مغز در پردازش آن اطلاعات بصری را تقلید می‌کند و به آن امکان می‌دهد تا تغییرات محیط را فوراً حس کند و بدون نیاز به استفاده از حجم زیادی از داده و انرژی، خاطرات بسازد.
در مقابل، سیستم‌های دیجیتال فعلی بسیار پرمصرف هستند و با افزایش حجم و پیچیدگی داده‌ها نمی‌توانند همگام شوند، که توانایی آنها را در تصمیم‌گیری‌های “واقعی” در زمان واقعی محدود می‌کند.
این تحقیق در مجله Advanced Materials Technologies منتشر شده است. والیا و آل‌هورانی نویسندگان مسئول و تیهه آونگ، دانشجوی دکترا در RMIT، نویسنده اول هستند.
RMIT یک اختراع موقت برای این کار ثبت کرده است.
دیدن حرکت، ساختن حافظه
در طول آزمایش‌ها، این دستگاه تغییرات در حرکت یک دست تکان‌دهنده را بدون نیاز به ضبط رویدادها فریم به فریم تشخیص داد—این به عنوان تشخیص لبه شناخته می‌شود که به پردازش داده و توان بسیار کمتری نیاز دارد.
پس از تشخیص تغییرات، دستگاه این رویدادها را مانند مغز به عنوان خاطره ذخیره کرد.
محققان آزمایش‌هایی را در طیف مرئی برای چشم انسان انجام دادند که بر تحقیقات نورومورفیک قبلی این تیم در حوزه فرابنفش بنا شده بود.
تیهه گفت:
ما نشان دادیم که دی‌سولفید مولیبدن با ضخامت اتمی می‌تواند رفتار نورون نشتی ادغام و شلیک (LIF)، یک بلوک ساختمانی اساسی شبکه‌های عصبی اسپایکی، را به‌طور دقیق تکرار کند.
کار قبلی در حوزه فرابنفش فقط شامل تشخیص، حافظه‌سازی و پردازش تصاویر ثابت بود. هم در دستگاه‌های طیف مرئی و هم فرابنفش، خاطرات قابل تنظیم مجدد بودند تا دستگاه‌ها برای انجام وظیفه بعدی آماده شوند.
سرعت نجات‌بخش و کاربردهای دنیای واقعی
نوآوری این تیم می‌تواند روزی زمان پاسخگویی خودروهای خودکار و سیستم‌های رباتیک پیشرفته به اطلاعات بصری را بهبود بخشد، که می‌تواند به ویژه در محیط‌های خطرناک و غیرقابل پیش‌بینی بسیار مهم باشد.
والیا گفت:
دید 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 پاسخگویی بسیار سریع‌تری را فراهم کند که می‌تواند جان انسان‌ها را نجات دهد.
آل‌هورانی 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.
مقیاس‌بندی و افق‌های پیش رو
این تیم اکنون در حال مقیاس‌بندی دستگاه تک‌پیکسلی اثبات مفهوم به یک آرایه پیکسلی بزرگتر از دستگاه‌های مبتنی بر MoS2 است.
شورای تحقیقات استرالیا اخیراً بودجه‌ای را در قالب کمک هزینه زیرساخت، تجهیزات و تسهیلات (LIEF) به این تیم اعطا کرده است تا امکان مقیاس‌بندی دستگاه‌های نورومورفیک آنها فراهم شود.
والیا گفت:
در حالی که 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 بصری پیچیده‌تر بهینه خواهیم کرد و مصرف انرژی را بیشتر کاهش خواهیم داد.
این تیم قصد دارد سیستم‌های ترکیبی را توسعه دهد که فناوری آنالوگ آنها را با الکترونیک دیجیتال معمولی ادغام کند.
آینده ترکیبی: آنالوگ با دیجیتال ملاقات می‌کند
والیا گفت:
ما کار خود را مکمل محاسبات سنتی می‌دانیم، نه جایگزینی برای آن.
سیستم‌های معمولی در بسیاری از وظایف برتری دارند، در حالی‌که فناوری نورومورفیک ما مزایایی را برای پردازش بصری ارائه می‌دهد که در آن بازدهی انرژی و عملکرد در زمان واقعی حیاتی است.
این تیم همچنین در حال بررسی مواد دیگری غیر از MoS2 است که ممکن است قابلیت‌ها را به مادون قرمز گسترش دهد، که می‌تواند امکان ردیابی بی‌درنگ انتشار گازهای جهانی و حسگر هوشمند آلاینده‌هایی مانند گازهای سمی، عوامل بیماری‌زا و مواد شیمیایی را فراهم کند.
منبع: Scitechdaily
