ساخت آشکارساز حرکتی با الهام از مغز حشرات 

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ، محققان کره‌ای «حسگر هوشمند» جدیدی ساخته‌اند که مشابه اعصاب بینایی حشرات عمل می‌کند. این فناوری جدید که می‌تواند با سرعت‌های بسیار بالا کار کند، به انرژی بسیار کمی نیاز دارد.

دانش‌پژوهان بر این باورند این نیمه رسانای جدید می‌تواند کاربرد‌های هیجان انگیز زیادی از حمل و نقل گرفته تا ایمنی و امنیت داشته باشد.

مهندسان دانشکده علوم و مهندسی مواد (DMSE) در موسسه علوم و فناوری پیشرفته کره جنوبی ((KAIST می‌گویند این پیشرفت از طریق ترکیبی از ممریستور‌ها برای تقلید از هوش بصری حشرات حاصل شده است. برای افراد ناآشنا باید گفت، ممریستور یک «مقاومت حافظه دار» است که وضعیت مقاومت آن بسته به سیگنال ورودی تغییر می‌کند. از این نظر، هوش بصری توانایی تفسیر اطلاعات بصری و انجام محاسبات درون عصب بینایی را دارد.

سیستم‌های بینایی موجود، به ویژه آنهایی که با هوش مصنوعی کار می‌کنند، معمولا اشیا و رفتار آنها را با استفاده از الگوریتم‌های پیچیده، از سیگنال‌های تصویری دریافتی، تشخیص می‌دهند. قابلیت استفاده از این روش به دلیل ترافیک بالای داده و مصرف برق زیاد، در دستگاه‌های تلفن همراه یا اینترنت اشیاء چالش برانگیز است.

اما ممکن است طبیعت این مشکل را مدت‌ها پیش حل کرده باشد. حشرات با وجود اندازه کوچکشان، سیستم‌های زیستی بسیار پیچیده‌ای برای پردازش سریع اطلاعات بصری با استفاده از تجهیزات نسبتاً ابتدایی دارند.

دانش‌پژوهان کره‌ای در حال کار روی «آشکارساز حرکت ابتدایی» (EMD) عصب بینایی حشرات هستند. با این حال، پیاده سازی این مسیر در دستگاه‌های واقعی با استفاده از فناوری مدار مجتمع سیلیکونی معمولی (CMOS) به دلیل پیچیدگی مدار‌های مورد نیاز دشوار بوده است.

مهندسان کره ای، این کار را تا حدودی با استفاده از ممریستور‌ها و دیگر مقاومت‌هایی که به صرفا برای این کار توسعه داده شده بودند، تکرار کردند و موفق شدند به طور مستقیم با استفاده از دو ممریستور از اعصاب بینایی حشرات تقلید کند.

یکی از این دو ممریستور، برای انجام عملکرد تاخیر سیگنال و دیگری به ترتیب برای تلفیق سیگنال و عملکرد احتراق استفاده می‌شود و امکان تحلیل حرکت اجسام را فراهم می‌کند.

روی کاغذ همه چیز خوب پیش می‌رفت، اما محققان نیاز داشتند آن را در حالت واقعی آزمایش کند تا ببیند چقدر می‌تواند موثر باشد. برای این منظور آنها از آشکارساز حرکتی جدید الهام گرفته از حشرات برای ایجاد یک سیستم محاسباتی نورومورفیک استفاده کردند که می‌تواند مسیر یک وسیله در حال حرکت را پیش بینی کند.

نتایج موفقیت آمیز و حیرت انگیز بود. آنها دریافتند که این دستگاه ۹۲.۹ درصد انرژی کمتری نسبت به فناوری موجود مصرف می‌کند و می‌تواند پیش بینی‌هایی را با دقت بسیار بالاتری انجام دهد.

حشرات از سیستم‌های هوش بصری بسیار ساده خود برای تشخیص حرکت اجسام با سرعت فوق العاده زیاد استفاده می‌کنند. این تحقیق از آن روی دارای اهمیت است که می‌تواند عملکرد یک عصب را با استفاده از دستگاه ممریستور تقلید کند.

اهمیت دستگاه‌های هوش مصنوعی اِج (نهایی)، مانند تلفن‌های همراه مجهز به هوش مصنوعی، هر روز بیشتر می‌شود. این تحقیق می‌تواند به یکپارچه سازی سیستم‌های بینایی کارآمد برای تشخیص حرکت کمک کند، بنابراین انتظار داریم در زمینه‌های مختلفی مانند وسایل نقلیه خودران، سیستم‌های حمل و نقل خودرو، رباتیک و بینایی ماشینی استفاده شود.

نتایج این تحقیقات در نشریه Advanced Materials منتشر شده است.