أثار التقدم في الذكاء الاصطناعي والأنظمة المستقلة اهتمامًا متزايدًا بأنظمة الرؤية الاصطناعية (AVSs) في السنوات الأخيرة. تتيح الرؤية الاصطناعية للآلات "رؤية" العالم من حولها وتفسيره والتفاعل معه، مثلما يفعل البشر عندما نستجيب لموقف يمكننا رؤيته يتغير - على سبيل المثال، فرامل السيارة أمامنا أثناء القيادة.
تلتقط هذه "العيون الآلية" صورًا من العالم من حولها باستخدام الكاميرات وأجهزة الاستشعار. تقوم بعد ذلك خوارزميات الحوسبة المعقدة بمعالجة هذه الصور، مما يمكّن الآلات من تحليل المناطق المحيطة بها في الوقت الفعلي وتوفير الاستجابة لأي تغييرات أو تهديدات (اعتمادًا على التطبيق المقصود).
تم استخدام أنظمة AVS في العديد من المجالات، بما في ذلك التعرف على الوجه والمركبات ذاتية القيادة والأطراف الاصطناعية البصرية (العيون الاصطناعية). أصبحت أنظمة AVS للمركبات ذاتية القيادة وتطبيقات التكنولوجيا المتقدمة راسخة. ومع ذلك، فإن الطبيعة المعقدة لجسم الإنسان تجعل الأطراف الصناعية البصرية أكثر صعوبة، لأن أحدث الأجهزة AVS لا تمتلك نفس المستوى من الوظائف المتعددة والتنظيم الذاتي مثل نظيراتها البيولوجية التي تحاكيها.
تتطلب العديد من أجهزة AVS المستخدمة اليوم عدة مكونات لتعمل، ولا توجد أي أجهزة استقبال للضوء يمكنها أداء وظائف متعددة. وهذا يعني أن الكثير من التصاميم أكثر تعقيدًا مما ينبغي، مما يجعلها أقل جدوى تجاريًا ويصعب تصنيعها. هانلين وانغ, يونكي ليو والزملاء في الأكاديمية الصينية للعلوم يستخدمون الآن مجموعات نانوية لإنشاء مستقبلات ضوئية متعددة الوظائف للأطراف الصناعية البيولوجية، ويبلغون عن نتائجهم في طبيعة الاتصالات.
مستوحاة من الجمبري السرعوف
يستخدم النظام البصري لجمبري السرعوف 16 مستقبلًا ضوئيًا لأداء مهام متعددة في وقت واحد، بما في ذلك التعرف على الألوان والرؤية التكيفية وإدراك الضوء المستقطب دائريًا. نظرًا لأن الطبيعة غالبًا ما تكون قادرة على القيام بأشياء لا يمكن للعلماء إلا أن يحلموا بتحقيقها على المستوى الاصطناعي، فقد أصبحت المحاكاة الحيوية نهجًا شائعًا. وبما أن جمبري السرعوف يمتلك العديد من السمات المرغوبة في مستقبلاته الضوئية الطبيعية، فقد حاول الباحثون محاكاة خصائصه بشكل مصطنع باستخدام العناقيد النانوية.
العناقيد النانوية عبارة عن ذرات معدنية مرتبطة بروابط واقية. وهذا نهج قابل للتخصيص يؤدي إلى خصائص فيزيائية قابلة للضبط، مثل مستويات الطاقة المنفصلة وفجوات النطاق الكبيرة بسبب تأثيرات الحجم الكمي. توفر العناقيد النانوية أيضًا تحويلاً ممتازًا من الفوتون إلى إلكترون، مما يجعلها طريقة واعدة لإنشاء أجهزة مستقبلات ضوئية صناعية.
يقول وانغ: "تُعتبر العناقيد النانوية بمثابة مواد الجيل التالي لاستمرار قانون مور". عالم الفيزياء. "ومع ذلك، فإن القضايا العلمية الأساسية مثل التصنيع القابل للتكرار للأجهزة القائمة على الكتلة النانوية والسلوك الكهروضوئي ظلت غامضة وغير مستكشفة."
مستقبل ضوئي اصطناعي نانوي
مستوحاة من جمبري السرعوف، أنشأ وانغ وزملاؤه مستقبلات ضوئية نانوية واستخدموها كأجهزة رؤية مدمجة ومتعددة المهام للمركبات الذاتية الرؤية البيولوجية. يشرح وانغ: "في هذا البحث، نقدم مستقبلات ضوئية اصطناعية مدمجة في مجموعة نانوية تجمع بين القدرة على التكيف الضوئي ورؤية الضوء المستقطبة الدائرية".
لإنشاء AVS، قام الفريق بتصنيع مصفوفة مستقبلات ضوئية نانوية على نطاق رقاقة تعتمد على بنية متغايرة من مجموعات نانوية فضية مراوانية وأشباه الموصلات العضوية (البنتاسين). تسمح طبيعة القشرة الأساسية للمجموعات النانوية بالعمل كخزان شحن داخل المستشعر لضبط مستويات التوصيل للمستقبلات الضوئية الاصطناعية من خلال آلية صمام الضوء. وهذا يسمح لنظام المستقبلات الضوئية بتحديد الطول الموجي وكثافة الفوتونات الساقطة.
عند التفاعل مع مادة أشباه الموصلات العضوية الموجودة في المصفوفة، تتم عملية نقل الشحنة بمساعدة اللجند في واجهة المجموعة النانوية. توفر الروابط الواقية الموجودة في بنية القشرة الأساسية مسارًا للانتقال يربط المجموعات النانوية بأشباه الموصلات العضوية. تعمل هذه العملية على نطاق الفيمتو ثانية على تسهيل التكيف البصري المعتمد على الطيف والتعرف على الاستقطاب الدائري.
يقول وانج: "لقد تناولنا تصنيع واجهة موحدة على نطاق الرقاقة بين طبقة عنقودية نانوية وأشباه الموصلات العضوية، مما يوفر أساسًا أساسيًا للتكامل عالي الكثافة للمستقبلات الضوئية الاصطناعية مع آثار الأقدام النانوية".
توفر الواجهة بين الكتلة النانوية وأشباه الموصلات العضوية رؤية تكيفية، مما يتيح تحقيق وظائف متعددة من خلال حركيات قابلة للضبط. بالإضافة إلى ذلك، يمكن الحصول على معلومات الاستقطاب الدائري نظرًا لكون العناقيد النانوية مراوانية. على هذا النحو، قام الفريق بتطوير مجموعات نانوية تجمع بين رؤية الألوان والتكيف الضوئي ورؤية الاستقطاب الدائري في نظام كاشف ضوئي واحد.
يلهم روبيان السرعوف مستشعر الضوء الفائق الطيفي والاستقطابي
تعد هذه القدرة على الجمع بين وظائف الرؤية المتعددة في نظام واحد لتطبيقات التعرف البيولوجي إنجازًا صعب التحقيق، حيث كان على الأساليب السابقة الاعتماد على مكونات متعددة للقيام بنفس الوظيفة التي يقوم بها هذا النظام البصري الإلكتروني الفردي. يمكن أن يساعد نهج الفريق في بناء أجهزة رؤية أبسط وأكثر قوة للأجهزة العصبية وأجهزة الذكاء الاصطناعي المتعلقة بالرؤية البيولوجية.
يقول هانلين: "تؤدي المستقبلات الضوئية النانوية الاصطناعية وظائف بصرية متعددة ومتكاملة في خلية وحدة واحدة". "من بينها، يمكن تفعيل عملية التكيف الضوئي وتنفيذها خلال 0.45 ثانية، مع دقة تصل إلى 99.75%. وهذا هو أعلى أداء مقارنة بالأدبيات الموجودة ويتفوق على الأنظمة البصرية البشرية – والتي تبلغ حوالي دقيقة واحدة”.
بعد ذلك، يهدف الباحثون إلى زيادة معدلات تبديل التكيف الضوئي بما يتجاوز 0.45 ثانية في واجهة الكتلة النانوية/أشباه الموصلات العضوية. ويختتم وانغ حديثه قائلاً: "في المستقبل، سوف نقوم بالتحقيق في خصائص ديناميكيات نقل الشحنة وإنتاج أنظمة عصبية أسرع مدمجة في العناقيد النانوية".
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://physicsworld.com/a/shrimp-inspired-nanoclusters-enable-multifunctional-artificial-vision-systems/
