حسگری که از چشم انسان فراتر می‌رود؛ انقلاب چینی در دید ماشینی با فناوری نانو

در پیشرفتی شگفت‌آور، تیم تحقیقاتی دانشگاه فوجو در چین موفق به ساخت حسگری با الهام از عملکرد چشم انسان شده‌اند که می‌تواند به صورت خارق‌العاده‌ای به تغییرات شدید نور واکنش نشان دهد.

این حسگر مبتنی بر فناوری نقاط کوانتومی (Quantum Dot)  است که قادر است نور را به شکل بهینه به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل کند و بدین ترتیب بینایی ماشین‌ها را به سطحی بسیار پیشرفته‌تر از چشم انسان برساند.

به گزارش سیلاد و به نقل از The Verge، چشم انسان نمونه‌ای بی‌نظیر از تطبیق‌پذیری است که می‌تواند ظرف چند ثانیه از محیط‌های تاریک به نور شدید تغییر وضعیت دهد. این عملکرد به واسطه ساختار پیچیده شبکیه، نورون‌های بینایی و قشر دیداری مغز حاصل می‌شود.

بازتولید این درجه از تطبیق‌پذیری در ماشین‌ها همیشه چالش بزرگی بوده است؛ زیرا سیستم‌های بینایی ماشینی باید حجم عظیمی از داده‌ها را پردازش کنند که انرژی زیادی مصرف می‌کند و واکنش در شرایط نوری متغیر کند می‌شود.

کشف اصلی این پژوهش، طراحی حسگری با «هوش نوری یکپارچه» است که به جای افزایش قدرت محاسباتی صرف، سیستم را شبیه‌سازی چشم انسان ساخته است. در مرکز این فناوری، نقاط کوانتومی سولفید سرب قرار دارند؛ ساختارهای نیمه‌رسانای نانومتری که توانایی گرفتن و آزادسازی بارهای الکتریکی را به صورت پویا و مطابق شدت نور دارا هستند. این حسگر می‌تواند ظرف ۴۰ ثانیه به تغییرات شدید نور واکنش دهد که در برخی شرایط سریع‌تر از چشم انسان است.
 

ویژگی برجسته دیگر حسگر، پردازش داده‌ها در همان نقطه دریافت است. برخلاف سیستم‌های معمول که همه داده‌های بینایی به کامپیوتر مرکزی فرستاده می‌شود، این حسگر اطلاعات حیاتی را انتخاب و بهینه‌سازی می‌کند؛ مشابه نحوه انتخاب سیگنال‌های مغز که باعث کاهش بار پردازشی، صرفه‌جویی در انرژی و سرعت بیشتر واکنش‌ها می‌گردد. این تحول برای خودروهای خودران، ربات‌ها و ماشین‌های پیشرفته حیاتی است.

در کاربردهای عملی، این حسگر می‌تواند به خودروهای خودران کمک کند تا هنگام خروج از تونل تاریک به نور شدید خورشید واکنش سریع داشته باشند و موانع را دقیق شناسایی کنند. همچنین ربات‌های صنعتی در محیط‌های دارای نور متغیر با دیدی پایدارتر و سریع‌تر فعالیت خواهند کرد. برای ربات‌های اکتشافی زیرآبی، فضایی یا زمینی، قابلیت دید وسیع و با کیفیت این حسگر می‌تواند موجب موفقیت یا شکست مأموریت شود.

اگرچه این فناوری در حال حاضر در مرحله نمونه آزمایشی است، گروه تحقیقاتی قصد دارد با توسعه شبکه‌ای از حسگرهای متصل و ادغام هوش مصنوعی، میدان دید وسیع‌تر و پردازش پیشرفته‌تری ارائه دهد. این ترکیب الهام زیستی، نانوفناوری و الگوریتم‌های هوشمند، نویدبخش دوره‌ای نوین در بینایی ماشینی است که ماشین‌ها نه تنها نور را دریافت می‌کنند، بلکه آن را مانند انسان خواهند فهمید. جزئیات این پژوهش در مجله Applied Physics Letters منتشر شده است و بی‌شک آینده بینایی ماشین را متحول خواهد کرد.