該設備通過集成兩種對不同光波長有不同響應的染料敏化太陽能電池制成。

日本科學家開發(fā)出一種突破性的人工智能（AI）突觸，其識別顏色的能力幾乎媲美人眼。這項技術有望顯著提升智能手機、無人機和自動駕駛汽車的能效視覺識別能力。

東京科學大學的研究團隊開發(fā)了這種完全依靠光運行的自供能光電器件，旨在解決當前機器視覺系統(tǒng)對高功耗、存儲和計算的巨大需求。

該研究由東京理科大學先進工學部電子系統(tǒng)工程系的生野貴司副教授（Takashi Ikuno, PhD）領導，其靈感來源于人類視覺系統(tǒng) —— 該系統(tǒng)被認為在過濾視覺數(shù)據(jù)方面極為高效。

生野副教授解釋道：“研究結果表明，這種下一代光電器件具有巨大應用潛力。它能夠同時實現(xiàn)高分辨率顏色辨別和邏輯運算，可應用于具有視覺識別功能的低功耗人工智能（AI）系統(tǒng)。”

受大腦啟發(fā)的突破

據(jù)報道，該設備模仿了生物突觸（兩個神經(jīng)元之間或神經(jīng)元與目標細胞之間的特殊連接）對視覺刺激的反應方式。研究人員指出，其不同之處在于它完全依靠陽光運行。

在這項研究中，團隊集成了兩個染料敏化太陽能電池（DSSC），并對每個電池進行了工程化改造，使其響應不同波長的光。這些電池不僅能檢測顏色，還能在沒有外部電源的情況下產生必要的電信號。

當暴露于特定波長的光下時，該突觸會產生雙極性電壓響應：在藍光下為正電壓，在紅光下為負電壓。這使得單個設備既能識別顏色，又能執(zhí)行復雜的邏輯運算。

據(jù)生野介紹，結果顯示該系統(tǒng)在整個可見光譜范圍內能以10納米的分辨率區(qū)分顏色，其精度水平接近人眼。

研究人員解釋說：“有趣的是，人類視覺系統(tǒng)提供了一個極具吸引力的替代模型。與必須捕捉和處理每個細節(jié)的傳統(tǒng)機器視覺系統(tǒng)不同，我們的眼睛和大腦會選擇性地過濾信息，從而在消耗極少能量的同時實現(xiàn)更高效的視覺處理。”

令人印象深刻的精度

為了測試其在實際場景中的性能，科學家們將該突觸接入一個物理儲備池計算網(wǎng)絡，用以識別以紅、綠、藍三色記錄的不同人體動作。

令他們驚訝的是，僅使用單個突觸，該設備在18種不同的顏色和動作組合中實現(xiàn)了82%的準確率。相比之下，傳統(tǒng)系統(tǒng)需要多個光電二極管才能完成類似任務。

該團隊相信，這種高色彩分辨率、邏輯能力和自供能功能的結合，為下一代人工智能和傳感器技術開辟了廣闊的可能性，其應用將遍及眾多行業(yè)。

此類高能效的視覺系統(tǒng)可通過改進對交通信號燈、路標和行人的檢測能力，同時節(jié)省電池壽命，從而為行業(yè)帶來顯著效益。

它們還可用于醫(yī)療保健可穿戴設備，以極低的能耗監(jiān)測血氧等信號。而在消費電子產品領域，該技術有望實現(xiàn)續(xù)航更長的智能手機以及視覺處理更高效的增強現(xiàn)實（AR）/虛擬現(xiàn)實（VR）系統(tǒng)。

生野在新聞稿中總結道：“我們相信這項技術將有助于實現(xiàn)具有接近人眼辨色能力的低功耗機器視覺系統(tǒng)，其應用領域包括自動駕駛汽車的光學傳感器、醫(yī)療用低功耗生物特征傳感器以及便攜式識別設備。”

該研究已發(fā)表在《科學報告》期刊上。

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