เซ็นเซอร์ชนิดใหม่ที่เลียนแบบอย่างใกล้ชิดว่าดวงตาของมนุษย์ตอบสนองต่อสิ่งเร้าทางสายตาที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างไร อาจกลายเป็นรากฐานสำหรับโปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์รุ่นต่อไปที่ใช้ในการจดจำภาพ ยานยนต์อัตโนมัติ และหุ่นยนต์ อุปกรณ์ที่เรียกว่า “เรติโนมอร์ฟิก” ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดหนึ่งที่รู้จักกันในชื่อเพอร์รอฟสกีต์ ซึ่งต่างจากกล้องทั่วไป
เนื่องจากมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของระดับการส่องสว่าง
มากกว่าความเข้มของแสงอินพุต ดวงตาของมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ เป็นอวัยวะที่ซับซ้อนอย่างเหลือเชื่อ ตัวอย่างเช่น เรตินาของเรามีตัวรับแสง ประมาณ 10 8 ตัว แต่เส้นประสาทตาของเราส่งสัญญาณประมาณ 10 6สัญญาณไปยังคอร์เทกซ์การมองเห็นหลักเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าเรตินาทำการประมวลผลล่วงหน้าจำนวนมากก่อนที่จะส่งข้อมูล
ส่วนหนึ่งของการประมวลผลล่วงหน้านี้เกี่ยวข้องกับวิธีที่ดวงตาปฏิบัติต่อวัตถุที่เคลื่อนไหว เมื่อขอบเขตการมองเห็นของเราคงที่ เซลล์เรตินาของเราจะค่อนข้างเงียบ อย่างไรก็ตาม ให้พวกมันสัมผัสกับสัญญาณที่แปรผันตามพื้นที่หรือทางโลก และกิจกรรมของพวกมันก็พุ่งสูงขึ้น การตอบสนองแบบเลือกสรรนี้ – การส่งสัญญาณเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเท่านั้น – ทำให้เรตินาสามารถบีบอัดข้อมูลที่ส่งผ่านได้อย่างมาก
การเลียนแบบการประมวลผลภาพของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กระบวนการรับรู้แสงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมนี้ได้รับความสนใจจากนักวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ โปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม – รู้จักกันในชื่อเครื่องจักร von Neumann หลังจากนักฟิสิกส์คณิตศาสตร์ John von Neumann ผู้บุกเบิกการพัฒนาของพวกเขาในช่วงกลางศตวรรษที่ 20
จัดการกับคำแนะนำในการป้อนข้อมูลตามลำดับ
ในทางตรงกันข้าม สมองของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะประมวลผลข้อมูลเข้าผ่านเครือข่ายขนานขนาดใหญ่ และจากการศึกษาพบว่าคอมพิวเตอร์ที่ปฏิบัติตามความเหมาะสม – คอมพิวเตอร์ที่เกี่ยวกับระบบประสาท – ควรมีประสิทธิภาพเหนือกว่าเครื่องของ von Neumann สำหรับงานการเรียนรู้ด้วยเครื่องบางอย่างทั้งในแง่ของความเร็วและการใช้พลังงาน
เซ็นเซอร์เรติโนมอร์ฟิค – อุปกรณ์ออปติคัลที่พยายามเลียนแบบการประมวลผลภาพของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม – เป็นส่วนประกอบสำคัญสำหรับคอมพิวเตอร์ดังกล่าว และเซมิคอนดักเตอร์แบบฟิล์มบางเช่นเมทัลฮาไลด์เพอรอฟสกี้ถือเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการผลิต วัสดุประเภทนี้น่าดึงดูดเพราะสามารถปรับให้ดูดซับแสงได้ในช่วงความยาวคลื่นที่หลากหลาย พวกเขายังได้พิสูจน์ตัวเองในไซแนปส์ประดิษฐ์ที่ตอบสนองต่อแสงแม้ว่าจะอยู่ในโครงสร้างที่ออกแบบโดยทั่วไปสำหรับการส่งและประมวลผลข้อมูลมากกว่าสำหรับการตรวจจับด้วยแสง อย่างไรก็ตาม ในขณะที่นักวิจัยเคยใช้ perovskites เพื่อสร้างเซ็นเซอร์ออปติคัลที่เลียนแบบรูปทรงเรขาคณิตของดวงตาโหมดการทำงานพื้นฐานของเซ็นเซอร์เหล่านี้ยังคงต้องการการประมวลผลแบบต่อเนื่อง
เซ็นเซอร์การขัดขวางทีมงานที่นำโดยJohn LabramจากOregon State Universityในสหรัฐอเมริกาได้แสดงให้เห็นว่าตัวเก็บประจุไวแสงอย่างง่ายสามารถสร้างลักษณะบางอย่างของเรตินาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้ อุปกรณ์ใหม่นี้ทำมาจากไดอิเล็กทริกสองชั้น: ชั้นล่างสุดคือซิลิกอนไดออกไซด์ มีฉนวนสูงและแทบไม่ตอบสนองต่อแสง ในขณะที่ชั้นบนสุดคือเพอร์รอฟสกีต์ เมทิลแอมโมเนียมลีดไอโอไดด์ที่ไวต่อแสง (MAPbI 3 )
ทีมงานพบว่าความจุของสารไบเลเยอร์ซิลิกอนไดออกไซด์
MAPbI 3 นี้ เปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อสัมผัสกับแสง เมื่อ Labram และนักเรียนของเขาCinthya Trujillo Herreraวางตัวต้านทานแบบอนุกรมกับตัวต้านทานภายนอกและสัมผัสกับแหล่งกำเนิดแสง พวกเขาสังเกตเห็นแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นทั่วทั้งตัวต้านทาน อย่างไรก็ตาม ไม่เหมือนกับในกล้องทั่วไปหรือโฟโตไดโอด แรงดันไฟกระชากนี้จะสลายไปอย่างรวดเร็วแม้ว่าความเข้มของแสงจะคงที่ ผลที่ได้คือเซ็นเซอร์ที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของระดับแสงมากกว่าความเข้มของแสง เช่น เรตินา
การกรองข้อมูลที่ไม่สำคัญหลังจากวัดการตอบสนองแสงของอุปกรณ์ดังกล่าวแล้ว ทีมงานได้พัฒนาแบบจำลองตัวเลขตามกฎของ Kirchoff เพื่อแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์จะทำงานอย่างไรหากจัดเรียงเป็นอาร์เรย์ โมเดลนี้ช่วยให้พวกเขาจำลองอาร์เรย์ของเซ็นเซอร์เรติโนมอร์ฟิคและคาดการณ์ว่ากล้องวิดีโอเรติโนมอร์ฟิคจะตอบสนองต่อสิ่งเร้าอินพุตประเภทต่างๆ อย่างไร หนึ่งในการทดสอบของพวกเขาเกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์ภาพของนกที่บินเข้ามาดู (ดูhttps://aip.scitation.org/doi/10.1063/10.0002944สำหรับรูปภาพ) เมื่อนกหยุดที่เครื่องให้อาหารนก (นิ่งและมองไม่เห็นด้วยเซ็นเซอร์) ทุกอย่างก็หายไป เมื่อนกบินขึ้น มันก็ปรากฏขึ้นอีกครั้ง และในกระบวนการนี้ เผยให้เห็นการมีอยู่ของตัวป้อน ซึ่งเซ็นเซอร์จะมองเห็นได้ก็ต่อเมื่อการขึ้นเครื่องของนกทำให้นกแกว่งไปมา
ตาประดิษฐ์มีศักยภาพที่เหนือกว่าการมองเห็นของมนุษย์ Labram อธิบายว่า “การออกแบบใหม่นี้จะกรองข้อมูลที่ไม่สำคัญออกไป เช่น ภาพนิ่ง โดยให้แรงดันไฟฟ้าตอบสนองต่อการเคลื่อนไหวเท่านั้น “พฤติกรรมนี้สะท้อนการรับรู้ทางแสงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอย่างสมเหตุสมผล”
นักวิจัยที่รายงานผลงานของพวกเขาในAppl สรีรวิทยา Lettบอกว่าตอนนี้พวกเขาวางแผนที่จะทำความเข้าใจฟิสิกส์พื้นฐานของอุปกรณ์เหล่านี้ให้ดีขึ้นและวิธีที่สัญญาณของพวกเขาจะถูกตีความโดยอัลกอริธึมการรู้จำภาพ พวกเขายังหวังว่าจะจัดการกับความท้าทายบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการปรับขนาดอุปกรณ์เหล่านี้จนถึงอาร์เรย์เซ็นเซอร์ “การเปลี่ยนจากกระบวนทัศน์อุปกรณ์ใหม่ล่าสุดไปเป็นอาร์เรย์การทำงานเกือบจะแน่นอนว่าจะทำให้เกิดความท้าทายที่เรายังไม่ได้พิจารณา” Labram กล่าว “ยังมีคำถามที่เกี่ยวข้องกับการทำงานอยู่สองสามข้อที่เราจะต้องตอบ โดยเฉพาะในส่วนที่เกี่ยวกับข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพ ความเสถียร ความสามารถในการคาดการณ์ และความแปรปรวนของอุปกรณ์ต่ออุปกรณ์” เขากล่าวกับ Physics World
Credit : steelersluckyshop.com thebeckybug.com thedebutantesnyc.com theproletariangardener.com touchingmyfatherssoul.com
