科技日報記者 張夢然

日本東京理科大學(xué)團(tuán)隊成功開發(fā)出一種具有極高顏色分辨能力的自供電人工突觸，其顏色識別能力已經(jīng)非常接近人眼，標(biāo)志著人們在計算機之“眼”研究領(lǐng)域邁出重要一步。相關(guān)成果已發(fā)表在最新一期《科學(xué)報告》上。

人工智能的快速發(fā)展對機器視覺提出了更高要求。然而，處理每秒產(chǎn)生的大量視覺數(shù)據(jù)需要消耗大量電力、存儲空間和計算資源，因此將視覺識別功能應(yīng)用于智能手機、無人機或自動駕駛汽車等設(shè)備極具挑戰(zhàn)性。

相比之下，人類天然視覺系統(tǒng)同時擁有高效節(jié)能的優(yōu)點。因為眼睛和大腦并不會對所有視覺信息進(jìn)行無差別處理，而是會選擇性地提取關(guān)鍵特征，從而在保持高效率的同時大幅降低能耗。受此啟發(fā)，神經(jīng)形態(tài)計算——模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的新型計算方式，被認(rèn)為在突破傳統(tǒng)機器視覺限制方面極具潛力。但目前仍存在兩個主要難題：一是實現(xiàn)接近人眼水平的顏色識別能力；二是擺脫對外部電源的依賴，以最大程度降低功耗。

為真正解決這些問題，團(tuán)隊設(shè)計了一種新穎的人工突觸系統(tǒng)。其集成了兩種不同類型的染料敏化太陽能電池，對不同波長的光具有不同的響應(yīng)特性。該裝置通過直接轉(zhuǎn)換太陽能來供能，實現(xiàn)了真正的“自供電”。這一特性使其非常適合用于對能源效率要求極高的邊緣計算場景。

實驗結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠以10納米的分辨率區(qū)分可見光范圍內(nèi)的顏色，與人眼相當(dāng)接近。此外，該裝置還展現(xiàn)出雙極響應(yīng)特性：在藍(lán)光照射下產(chǎn)生正電壓，在紅光照射下則產(chǎn)生負(fù)電壓。這使它能夠執(zhí)行復(fù)雜的邏輯運算，而這些操作通常需要多個傳統(tǒng)光電元件才能完成。

為了驗證其實際應(yīng)用潛力，團(tuán)隊用它識別以紅、綠、藍(lán)三色記錄的不同人體動作。結(jié)果表明，僅用單個器件，該系統(tǒng)就能準(zhǔn)確分類多達(dá)18種顏色與動作組合，識別準(zhǔn)確率達(dá)到82%。

這項技術(shù)有望讓日常設(shè)備擁有類人視覺，應(yīng)用前景十分廣闊，包括自動駕駛領(lǐng)域、醫(yī)療健康設(shè)備，以及消費電子領(lǐng)域。

總編輯圈點

人眼對色彩的感知，既高效又節(jié)能，這得益于數(shù)萬年的自然進(jìn)化。通過模仿人類對顏色的識別能力，人工突觸技術(shù)將重新定義機器“看見”色彩的方式，賦予其接近人類直覺的色彩理解力。在數(shù)字社會，相關(guān)技術(shù)將大有用武之地。試想，應(yīng)用人工突觸技術(shù)，機器人所“看到”的顏色將更加接近人類，虛擬現(xiàn)實眼鏡所呈現(xiàn)的圖像將更加栩栩如生，交通路口的攝像頭可以更高效地分辨不同顏色的車輛……這無疑將推動各類終端在視覺維度上，變得更加智能。