隨著人工智能和智能設(shè)備的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)作為現(xiàn)代技術(shù)的關(guān)鍵使能者，正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。然而，盡管取得了很大進(jìn)展，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)仍然面臨一個(gè)主要問(wèn)題：處理每秒產(chǎn)生的海量視覺(jué)數(shù)據(jù)需要大量的電力、存儲(chǔ)和計(jì)算資源。這一限制使得在邊緣設(shè)備（如智能手機(jī)、無(wú)人機(jī)或自動(dòng)駕駛汽車）中部署視覺(jué)識(shí)別功能變得困難。

有趣的是，人類的視覺(jué)系統(tǒng)提供了一個(gè)引人入勝的替代模型。與必須捕捉和處理每個(gè)細(xì)節(jié)的常規(guī)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)不同，我們的眼睛和大腦會(huì)選擇性地過(guò)濾信息，從而在視覺(jué)處理中實(shí)現(xiàn)更高的效率，同時(shí)消耗最小的能量。神經(jīng)形態(tài)計(jì)算，它模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，因此已成為一種有前景的方法，以克服計(jì)算機(jī)視覺(jué)中現(xiàn)有的障礙。然而，兩個(gè)主要挑戰(zhàn)仍然存在。第一個(gè)是實(shí)現(xiàn)與人類視覺(jué)相當(dāng)?shù)纳首R(shí)別，而第二個(gè)是消除對(duì)外部電源的需求，以最大限度地減少能源消耗。

在此背景下，由日本東京大學(xué)（TUS）先進(jìn)工程學(xué)院電子系統(tǒng)工程系副教授高野健教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種突破性解決方案。他們的論文于 2025 年 5 月 12 日在《 科學(xué)報(bào)告 》第 15 卷上發(fā)表，介紹了一種能夠以驚人精度區(qū)分顏色的自供電人工突觸。該研究由來(lái)自 TUS 的 Mr. Hiroaki Komatsu 和 Ms. Norika Hosoda 共同撰寫(xiě)。

研究人員通過(guò)集成兩種不同的染料敏化太陽(yáng)能電池來(lái)制造他們的設(shè)備，這些電池對(duì)不同的光波長(zhǎng)有不同的響應(yīng)。與需要外部電源的傳統(tǒng)光電人工突觸不同，所提出的突觸通過(guò)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電力。這種自供電能力使其特別適用于邊緣計(jì)算應(yīng)用，其中能效至關(guān)重要。

通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)可以在可見(jiàn)光譜上以 10 納米的分辨率區(qū)分顏色——這種辨別能力接近人眼的水平。此外，該設(shè)備還表現(xiàn)出雙極響應(yīng)特性，在藍(lán)光下產(chǎn)生正電壓，在紅光下產(chǎn)生負(fù)電壓。這使得它能夠執(zhí)行通常需要多個(gè)傳統(tǒng)設(shè)備才能完成的復(fù)雜邏輯運(yùn)算。"這些結(jié)果表明，這種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)高分辨率顏色識(shí)別和邏輯運(yùn)算的新一代光電設(shè)備，在低功耗人工智能（AI）視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)中具有巨大的應(yīng)用潛力，" Ikuno 博士指出。

為了展示實(shí)際應(yīng)用，研究團(tuán)隊(duì)將他們的設(shè)備應(yīng)用于物理水庫(kù)計(jì)算框架中，以識(shí)別記錄在紅、綠、藍(lán)中的不同人體運(yùn)動(dòng)。當(dāng)使用單個(gè)設(shè)備對(duì)18種顏色和運(yùn)動(dòng)的組合進(jìn)行分類時(shí)，該系統(tǒng)達(dá)到了令人印象深刻的82%準(zhǔn)確率，而傳統(tǒng)系統(tǒng)則需要多個(gè)光電二極管。

這項(xiàng)研究的意義涵蓋多個(gè)行業(yè)。在自動(dòng)駕駛汽車中，這些設(shè)備可以更有效地識(shí)別交通信號(hào)燈、道路標(biāo)志和障礙物。在醫(yī)療保健領(lǐng)域，它們可以為監(jiān)測(cè)血氧水平等生命體征的可穿戴設(shè)備提供動(dòng)力，同時(shí)電池消耗極小。對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品，這項(xiàng)技術(shù)可能導(dǎo)致智能手機(jī)和增強(qiáng)/虛擬現(xiàn)實(shí)頭戴式設(shè)備，在保持復(fù)雜的視覺(jué)識(shí)別能力的同時(shí)，電池壽命得到顯著改善。“我們相信這項(xiàng)技術(shù)將有助于實(shí)現(xiàn)低功耗、具有接近人類眼睛色彩分辨能力的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，其應(yīng)用包括自動(dòng)駕駛汽車的傳感器、醫(yī)療用途的低功耗生物識(shí)別傳感器以及便攜式識(shí)別設(shè)備，”Ikuno 博士評(píng)論道。

總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)工作代表著將計(jì)算機(jī)視覺(jué)的奇跡帶給邊緣設(shè)備的重要一步，使我們的日常設(shè)備能夠更像我們一樣地看世界。