جهاز عصبي للإدراك البصري الاصطناعي يستخدم مستشعر ضوئي في الذاكرة قابل للمعالجة
أدى الذكاء الاصطناعي (AI) وإنترنت الأشياء (IoT) إلى التوسع السريع في العقد الحسية، والتي يمكن أن تنتج حجمًا هائلاً من البيانات التناظرية الخام التي يتم تحويلها إلى بيانات رقمية، ثم نقلها إلى وحدات أخرى لأداء المهام الحسابية.
ومع ذلك، فإن بنية von Neumann التقليدية التي تتكون من أجهزة منفصلة تؤدي إلى الوصول إلى البيانات وتأخير تحليل البيانات مع ارتفاع استهلاك الطاقة.
قد يكون هذا مزعجًا للتطبيقات الثورية ذات التأخير الشديد ومتطلبات الطاقة مثل السيارات المستقلة والروبوتات، من بين أمور أخرى.
في بحث جديد نُشر في Light: Science & Applications ، فريق من العلماء بقيادة الأستاذة نازك العتاب من مختبر أجهزة وتطبيقات الذاكرة الذكية المتقدمة (SAMA) ، برنامج الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات بجامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (كاوست) ، ثول ، المملكة العربية السعودية ، وزملاؤها من الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر ، جامعة خليفة ، أبو ظبي ، الإمارات العربية المتحدة ، طوروا عقدة واحدة للاستشعار والتخزين والمعالجة باستخدام حل ثنائي قابل للمعالجة قائم على المعدن MoS 2 –أكسيد –أشباه الموصلات (MOS).
يشتمل الجهاز على طبقة حصر شحن قائمة على مادة ثنائية الأبعاد حساسة للضوء تحاكي النظام البصري البشري.
وبشكل أكثر تحديدًا، يظهر أن نفس الجهاز قادر على استشعار البيانات الضوئية وتخزينها ومعالجتها. تسلط الدراسة الضوء على كيف يمكن للاستشعار والحوسبة في الذاكرة المتقدمة القائمة على التكنولوجيا أن تحسن وقت الاستجابة، والمنطقة، وكفاءة الطاقة، والتغلب على مشكلات الوصول المتأخر إلى البيانات وتكرار الأجهزة في بنية فون نيومان التقليدية.
“عندما يتعرض الجهاز للضوء، فإنه يخزن مباشرة الطول الموجي وشدة الضوء داخله، على عكس الأجهزة التقليدية حيث يكتشف جهاز استشعار ضوئي مخصص شدة / طول موجة الضوء، ثم يحول البيانات إلى المجال الرقمي باستخدام المحول التناظري إلى الرقمي، ثم نقل البيانات إلى ذاكرة منفصلة للتخزين، “قال العلماء، ملخّصين المبدأ التشغيلي لأجهزة الاستشعار في الذاكرة الخاصة بهم.
“عند تشغيل الجهاز كذاكرة تقليدية، أظهر الجهاز نافذة ذاكرة مناسبة تبلغ 2.8 فولت تقريبًا بجهد تشغيل + 6 / -6 فولت، والاحتفاظ بدرجة حرارة عالية (100 درجة مئوية) لمدة 10 سنوات، وتحمل ممتاز (10 6) دورات) دون أي تدهور.
ومن المثير للاهتمام، أن الجهاز أظهر تحولًا أكبر في نافذة الذاكرة من 2.8 فولت إلى أكثر من 6 فولت عندما تم تحفيز الضوء البصري بأطوال موجية مختلفة لمدة ثانيتين أثناء تشغيل البرنامج. وهذا يؤكد أن الجهاز قادر لاستشعار الضوء وتخزينه مباشرة داخل نفس العقدة “.
“يشير تأثير عدد ومدة النبضات الكهربائية والبصرية على نافذة الذاكرة إلى أن هذه الأجهزة يمكن أن تحاكي أيضًا التعلم الإدراكي للنظام البصري البشري.
ولتأكيد ذلك، تم استخدام شبكة عصبية تلافيفيه (CNN) لقياس الجهاز. قدرات الاستشعار والتخزين والمعالجة البصرية. لقد استقبلت محاكاة المصفوفة الصور الضوئية المرسلة عبر الطول الموجي للضوء الأزرق وأجرت حساب الاستدلال لمعالجة الصور والتعرف عليها.
توضح النتائج أن أجهزتنا قادرة على التعرف على الكائنات في الصور بدقة 91٪ أوضح العلماء.
“يعد النهج المحدد واعدًا لتطوير شبكات شبكية العين الاصطناعية المستقبلية للإدراك البصري الاصطناعي وتطبيقات استشعار الضوء داخل الذاكرة.
وتجدر الإشارة إلى أن أجهزة ذاكرة MOS المثبتة تستخدم هيكلًا مشابهًا للأجهزة المقترنة بالشحن الحائزة على جائزة نوبل (CCD) في كاميرات CCD، مما يجعل هذه الدراسة خطوة مهمة نحو تطوير كاميرات CCD ذكية بقدرات إدراك بصري اصطناعي “.
المصدر: techxplore
قد يهمك:
