پژوهشگران استرالیایی موفق به توسعه یک تراشه بینایی نورومورفیک شدهاند که میتواند مشاهده، پردازش و ذخیرهسازی اطلاعات بصری را بهطور همزمان در یک دستگاه واحد انجام دهد. این فناوری جدید با الهام از نحوه همکاری چشم و مغز انسان طراحی شده و میتواند تحول بزرگی در حوزه سامانههای خودران، رباتیک پیشرفته و سیستمهای هوشمند ایجاد کند.
این پروژه توسط مهندسان دانشگاه RMIT استرالیا و با همکاری پژوهشگرانی از دانشگاه دیکین و دانشگاه ملبورن انجام شده است. به گفته محققان، این تراشه بینایی سه عملکرد اصلی شامل حسگری، پردازش و حافظه را در یک پلتفرم واحد ادغام میکند و نیاز به استفاده از پردازندههای خارجی را که معمولاً موجب افزایش تأخیر و مصرف انرژی در سامانههای بینایی ماشینی میشوند، از بین میبرد.
حذف وابستگی به پردازندههای خارجی
در سامانههای تصویربرداری متداول، دوربین ابتدا تصاویر را ثبت میکند و سپس دادههای جمعآوریشده برای پردازش به واحدهای پردازشی جداگانه ارسال میشوند. این فرآیند علاوه بر مصرف انرژی بالا، باعث ایجاد تأخیر در تصمیمگیری نیز میشود. اما تراشه بینایی جدید رویکرد متفاوتی را دنبال میکند.
این تراشه قادر است محاسبات را مستقیماً در همان نقطهای انجام دهد که نور دریافت میشود. در نتیجه دیگر نیازی به انتقال حجم عظیمی از دادهها به پردازندههای خارجی وجود ندارد. این ویژگی باعث افزایش سرعت پردازش اطلاعات و کاهش چشمگیر مصرف انرژی میشود؛ دو عاملی که برای سیستمهای خودران و کاربردهای بلادرنگ اهمیت حیاتی دارند.
لایه حسگر این تراشه از اکسید ایندیوم آلایشیافته ساخته شده و ضخامت آن هزاران برابر کمتر از ضخامت یک تار موی انسان است. این ساختار فوقالعاده نازک به گونهای مهندسی شده که نه تنها به نور واکنش نشان میدهد، بلکه میتواند اطلاعات دریافتی را نیز برای مدتی در خود نگه دارد. همین قابلیت سبب میشود عملکرد آن شباهت بیشتری به سیستم بینایی زیستی داشته باشد.
الهام از نحوه عملکرد چشم و مغز
یکی از مهمترین ویژگیهای این تراشه بینایی، تقلید از فرآیند طبیعی بینایی در انسان است. در بدن انسان، چشم وظیفه دریافت نور و تشکیل تصویر را بر عهده دارد، در حالی که مغز اطلاعات دریافتی را پردازش، تفسیر و ذخیره میکند. این همکاری هماهنگ موجب میشود انسان بتواند در کسری از ثانیه محیط اطراف خود را درک کرده و تصمیمات مناسب بگیرد.
تراشه جدید تلاش میکند همین سازوکار را در یک قطعه الکترونیکی کوچک بازسازی کند. این فناوری قادر است نور ورودی را دریافت کرده، سیگنالهای حاصل را پردازش کند و در عین حال اطلاعات بصری را برای استفادههای بعدی ذخیره نگه دارد.
پروفسور «سومیت والیا»، سرپرست این پروژه تحقیقاتی، توضیح داد که هدف اصلی تیم پژوهشی حذف زمان و انرژی مورد نیاز برای جابهجایی دادهها میان اجزای مختلف سیستم بوده است. او تأکید کرد که این اختراع امکان تصمیمگیری بلادرنگ را فراهم میکند، زیرا نیازی به پردازش حجم زیادی از دادههای غیرضروری ندارد و همچنین از کندی ناشی از انتقال اطلاعات به پردازندههای جداگانه جلوگیری میکند.
مصرف انرژی کمتر و کارایی بیشتر
یکی از چالشهای اصلی در توسعه سامانههای هوشمند و خودران، مصرف بالای انرژی است. پردازش مداوم دادههای تصویری به توان محاسباتی زیادی نیاز دارد و همین مسئله باعث افزایش مصرف برق و محدود شدن مدت زمان فعالیت دستگاهها میشود.
پژوهشگران اعلام کردهاند که تراشه بینایی جدید قادر است اطلاعات بصری را برای مدت طولانیتری بدون نیاز به سیگنالهای مکرر بازخوانی الکتریکی حفظ کند. این ویژگی مصرف انرژی را به شکل قابلتوجهی کاهش داده و بهرهوری سیستم را افزایش میدهد.
«آیشانی مازومدار»، نویسنده اصلی این پژوهش و دانشجوی دکتری دانشگاه RMIT، میگوید سیستمهای بینایی نورومورفیک از نحوه پردازش اطلاعات در مغز انسان الهام میگیرند. به گفته او، استفاده از پردازش آنالوگ مشابه مغز میتواند انرژی مورد نیاز برای انجام وظایف پیچیده بینایی را در مقایسه با فناوریهای امروزی به میزان چشمگیری کاهش دهد.
آزمایش موفق و گامهای بعدی
در مرحله فعلی، محققان عملکرد تراشه بینایی را با استفاده از نور فرابنفش (UV) آزمایش کردهاند و نتایج اولیه بسیار امیدوارکننده بوده است. این آزمایشها نشان دادند که تراشه میتواند نور را تشخیص داده، اطلاعات را پردازش کند و دادههای بصری را در همان ساختار ذخیره نماید.
با این حال، پژوهشگران قصد دارند قابلیتهای این فناوری را فراتر از نور فرابنفش توسعه دهند. هدف بعدی آنها گسترش عملکرد تراشه به محدوده نور مرئی و همچنین طیف مادون قرمز است. دستیابی به این قابلیتها میتواند دامنه کاربردهای این فناوری را به شکل چشمگیری افزایش دهد.
کاربردهای گسترده در سامانههای خودران
محققان معتقدند تراشه بینایی جدید میتواند در طیف وسیعی از فناوریهای آینده مورد استفاده قرار گیرد. یکی از مهمترین حوزهها، خودروهای خودران است. این خودروها برای حرکت ایمن نیاز دارند محیط اطراف را بهصورت لحظهای تحلیل کرده و در کوتاهترین زمان ممکن تصمیمگیری کنند.
علاوه بر خودروهای خودران، این فناوری میتواند در رباتهای مستقل، پهپادهای هوشمند و سامانههای نظارتی که در محیطهای خطرناک فعالیت میکنند نیز به کار گرفته شود. از دیگر کاربردهای بالقوه این تراشه میتوان به شناسایی اشیا، پایش مناطق دورافتاده، بازرسی صنعتی، تصویربرداری پیشرفته و حتی علوم جنایی اشاره کرد.
از آنجا که این تراشه چندین عملکرد را در یک عنصر واحد ادغام میکند، میتواند بدون نیاز به زیرساختهای محاسباتی سنگین برای مدت طولانیتری بهصورت مستقل فعالیت کند. این ویژگی برای ماشینهایی که باید به سرعت با شرایط متغیر محیطی سازگار شوند، اهمیت بسیار زیادی دارد.
آیندهای شبیه به سیستمهای زیستی
پژوهشگران معتقدند این تراشه بینایی میتواند آغازگر نسل جدیدی از سامانههای بینایی ماشینی باشد. این فناوری از یک سو توانایی شبکیه چشم در ثبت کامل تصویر را شبیهسازی میکند و از سوی دیگر قابلیت مغز در تفسیر و ذخیره اطلاعات را بازآفرینی میکند.
در بلندمدت، چنین فناوریهایی ممکن است به توسعه سیستمهایی منجر شوند که همانند موجودات زنده از تجربیات خود یاد میگیرند و به مرور زمان عملکردشان بهبود پیدا میکند. اگر این هدف محقق شود، ماشینها قادر خواهند بود محیط پیرامون خود را با دقت و سرعتی بیسابقه درک کنند و واکنشهای هوشمندانهتری نشان دهند.
این پروژه با استفاده از تجهیزات پیشرفته نانوساخت و میکروسکوپی دانشگاه RMIT انجام شده و از حمایت شورای تحقیقات استرالیا و زیرساخت ملی محاسبات این کشور بهره برده است. دستاورد جدید میتواند گامی مهم در مسیر توسعه نسل آینده فناوریهای هوشمند و سامانههای خودران باشد؛ فناوریهایی که روزبهروز به عملکرد مغز انسان نزدیکتر میشوند.
Leave a Reply