日本東京理科大學 （TUS） 電子系統(tǒng)工程系工程系開發(fā)了一種開創(chuàng)性的自供電人工突觸，能夠以極高的精度區(qū)分顏色。該研究由同樣來自 TUS 的 Hiroaki Komatsu 先生和 Norika Hosoda 女士合著。

盡管人工智能和傳感器取得了重大進展，但機器視覺系統(tǒng)在處理每秒生成的大量視覺數(shù)據(jù)方面仍然面臨重大挑戰(zhàn)，這需要大量的電力、存儲和計算資源。這使得在智能手機、無人機或自動駕駛汽車等邊緣設備中部署視覺識別功能變得困難。研究人員開發(fā)的人工突觸是自供電的，解決了邊緣應用固有的功率限制。

然而，與必須捕獲和處理每個細節(jié)的傳統(tǒng)機器視覺系統(tǒng)不同，人類視覺系統(tǒng)有選擇地過濾信息，從而在消耗最少功率的同時實現(xiàn)更高的視覺處理效率。因此，模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)結構和功能的神經(jīng)形態(tài)計算已成為克服計算機視覺中現(xiàn)有障礙的一種有前途的方法。然而，兩個主要挑戰(zhàn)仍然存在。第一個是實現(xiàn)與人類視覺相媲美的顏色識別，而第二個是無需外部電源以最大限度地降低能耗。

研究人員將兩種不同的染料敏化太陽能電池集成在一起，它們對不同波長的光有不同的反應，以產(chǎn)生它們的人工突觸。與需要外部電源的傳統(tǒng)光電人工突觸不同，擬議的突觸通過太陽能轉換發(fā)電。這種自供電能力使其特別適用于能源效率至關重要的邊緣計算應用。

廣泛的實驗表明，所得系統(tǒng)可以在可見光譜中以 10 納米的分辨率區(qū)分顏色。這種辨別力接近人眼的辨別力。此外，該器件表現(xiàn)出雙極響應，在藍光下產(chǎn)生正電壓，在紅光下產(chǎn)生負電壓。這使得通常需要多個傳統(tǒng)器件的復雜邏輯作成為可能。

“結果表明，這種下一代光電器件可以同時實現(xiàn)高分辨率的顏色辨別和邏輯運算，在具有視覺識別功能的低功耗人工智能系統(tǒng)中應用巨大潛力，”生野博士指出。

為了演示實際應用，該團隊在物理儲層計算框架中使用人工突觸來識別以紅色、綠色和藍色記錄的不同人類運動。該系統(tǒng)在僅使用單個設備對 18 種不同的顏色和運動組合進行分類時，實現(xiàn)了令人印象深刻的 82% 準確率，而不是傳統(tǒng)系統(tǒng)中所需的多個光電二極管。

這項研究的影響延伸到多個行業(yè)。例如，在自動駕駛汽車中，這些設備可以更有效地識別交通信號燈、路標和障礙物。在醫(yī)療保健領域，它們可以為監(jiān)測生命體征（如血氧水平）的可穿戴設備供電，同時將電池消耗降至最低。

Ikuno 博士評論道：“我們相信這項技術將有助于實現(xiàn)具有接近人眼顏色辨別能力的低功耗機器視覺系統(tǒng)，應用于自動駕駛汽車的光學傳感器、醫(yī)療用途的低功耗生物識別傳感器和便攜式識別設備。