پیشرفت‌ها در هوش مصنوعی و سیستم‌های خودمختار باعث افزایش علاقه به سیستم‌های بینایی مصنوعی (AVS) در سال‌های اخیر شده است. بینایی مصنوعی به ماشین‌ها اجازه می‌دهد دنیای اطراف خود را ببینند، تفسیر کنند و نسبت به آن واکنش نشان دهند، دقیقاً مانند انسان‌ها وقتی به موقعیتی واکنش نشان می‌دهند که می‌توانیم شاهد تغییر آن باشیم – مثلاً ترمز خودرو در مقابل ما هنگام رانندگی.
این "چشم های ماشینی" با استفاده از دوربین ها و حسگرها تصاویری از دنیای اطراف خود می گیرند. سپس الگوریتم‌های محاسباتی پیچیده این تصاویر را پردازش می‌کنند و ماشین‌ها را قادر می‌سازد تا محیط اطراف خود را در زمان واقعی تجزیه و تحلیل کنند و به هر گونه تغییر یا تهدید پاسخ دهند (بسته به کاربرد مورد نظرشان).
AVS در بسیاری از زمینه ها از جمله تشخیص چهره، وسایل نقلیه خودران و پروتزهای بصری (چشم مصنوعی) استفاده شده است. AVS برای وسایل نقلیه خودران و برنامه های کاربردی با تکنولوژی بالا به خوبی تثبیت شده است. با این حال، ماهیت پیچیده بدن انسان، پروتزهای بصری را چالش‌برانگیزتر می‌سازد، زیرا پیشرفته‌ترین AVSها از همان سطح چند عملکردی و خودتنظیمی مشابه نمونه‌های بیولوژیکی که تقلید می‌کنند برخوردار نیستند.
بسیاری از AVSهایی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، برای عملکرد به چندین مؤلفه نیاز دارند - هیچ دستگاه گیرنده نوری وجود ندارد که بتواند چندین عملکرد را انجام دهد. این بدان معناست که بسیاری از طرح‌ها پیچیده‌تر از آنچه که باید باشند، از نظر تجاری امکان‌پذیرتر بوده و ساخت آنها سخت‌تر می‌شود. هانلین وانگ, یونچی لیو و همکاران در آکادمی علوم چین اکنون از نانوخوشه‌ها برای ایجاد گیرنده‌های نوری چند منظوره برای پروتزهای بیولوژیکی استفاده می‌کنند و یافته‌های خود را گزارش می‌کنند. طبیعت ارتباطات.
با الهام از میگوی آخوندک
سیستم بینایی میگوی آخوندک از 16 گیرنده نوری برای انجام چندین کار به طور همزمان استفاده می کند، از جمله تشخیص رنگ، دید تطبیقی و درک نور قطبی دایره ای. با توجه به اینکه طبیعت اغلب قادر به انجام کارهایی است که دانشمندان فقط در سطح مصنوعی آرزوی دستیابی به آن را دارند، زیست‌میمیک به یک رویکرد محبوب تبدیل شده است. و از آنجایی که میگوهای آخوندکی دارای ویژگی‌های مطلوب بسیاری در گیرنده‌های نور طبیعی خود هستند، محققان تلاش کرده‌اند تا با استفاده از نانوخوشه‌ها، خواص آنها را تقلید کنند.
نانوخوشه ها اتم های فلزی هستند که به لیگاندهای محافظ متصل هستند. این یک رویکرد مناسب است که باعث ایجاد ویژگی‌های فیزیکی قابل تنظیم، مانند سطوح انرژی گسسته و شکاف‌های باند قابل‌توجه به دلیل اثرات اندازه کوانتومی می‌شود. نانوخوشه‌ها همچنین تبدیل فوتون به الکترون عالی را ارائه می‌دهند و آنها را به یک رویکرد امیدوارکننده برای ایجاد دستگاه‌های گیرنده نور مصنوعی تبدیل می‌کنند.
وانگ می گوید: «نانوخوشه ها به عنوان مواد نسل بعدی برای ادامه قانون مور در نظر گرفته می شوند. دنیای فیزیک. با این حال، مسائل علمی اساسی مانند ساخت مجدد دستگاه های مبتنی بر نانو خوشه و رفتار فوتوالکتریک مبهم و ناشناخته باقی مانده است.
گیرنده نوری نانو خوشه مصنوعی
وانگ و همکارانش با الهام از میگوی آخوندک، گیرنده های نوری نانو خوشه ای ساختند و از آنها به عنوان سخت افزار بینایی فشرده و چند وظیفه ای برای AVS های بیولوژیکی استفاده کردند. وانگ توضیح می‌دهد: «در این تحقیق، ما گیرنده‌های نوری مصنوعی تعبیه‌شده در نانو خوشه‌ای را ارائه می‌کنیم که قابلیت تطبیق با نور و دید نور قطبی شده دایره‌ای را ترکیب می‌کنند.
برای ایجاد AVS، این تیم یک آرایه گیرنده نوری نانو خوشه ای در مقیاس ویفر بر اساس ساختار ناهمگون نانوخوشه های نقره کایرال و یک نیمه هادی آلی (پنتاسن) ساختند. ماهیت هسته-پوسته نانوخوشه ها به آنها اجازه می دهد تا به عنوان یک مخزن بار درون حسگر عمل کنند تا سطوح رسانایی گیرنده های نور مصنوعی را از طریق مکانیزم دریچه نور تنظیم کنند. این به سیستم گیرنده نور اجازه می دهد تا هم طول موج و هم شدت فوتون های فرود را تعیین کند.
هنگامی که با مواد نیمه هادی آلی روی آرایه ارتباط برقرار می کند، یک فرآیند انتقال بار به کمک لیگاند در رابط نانو خوشه انجام می شود. لیگاندهای محافظ در ساختار هسته-پوسته یک مسیر انتقالی ایجاد می کنند که نانو خوشه ها را به نیمه هادی آلی پیوند می دهد. این فرآیند در مقیاس فمتوثانیه هم سازگاری بصری وابسته به طیف و هم تشخیص قطبش دایره ای را تسهیل می کند.
وانگ می‌گوید: «ما به ساخت یک رابط یکنواخت بین یک لایه نانوخوشه‌ای و نیمه‌هادی‌های آلی در مقیاس ویفر پرداخته‌ایم که پایه‌ای برای ادغام گیرنده‌های نور مصنوعی با چگالی بالا با ردپای نانومقیاس فراهم می‌کند.
رابط بین نانوخوشه و نیمه هادی آلی دید تطبیقی را فراهم می کند و امکان دستیابی به عملکردهای متعدد با سینتیک قابل تنظیم را فراهم می کند. علاوه بر این، اطلاعات قطبش دایره ای را می توان به دلیل کایرال بودن نانوخوشه ها به دست آورد. به این ترتیب، این تیم نانوخوشه‌هایی را توسعه داده‌اند که دید رنگ، سازگاری با نور و دید قطبش دایره‌ای را در یک سیستم آشکارساز نوری ترکیب می‌کنند.
میگوی آخوندکی از حسگر نور فراطیفی و قطبی الهام می‌گیرد
این توانایی برای ترکیب عملکردهای بینایی متعدد در یک سیستم واحد برای کاربردهای تشخیص بیولوژیکی یک شاهکار دشوار است، زیرا رویکردهای قبلی مجبور بودند برای انجام کار مشابه این سیستم نوری الکترونیکی به چندین مؤلفه تکیه کنند. رویکرد این تیم می‌تواند به ساخت سخت‌افزار بینایی ساده‌تر و قوی‌تر برای دستگاه‌های نورومورفیک و سخت‌افزارهای هوش مصنوعی مرتبط با بینایی بیولوژیکی کمک کند.
هانلین می‌گوید: گیرنده‌های نوری نانوخوشه‌ای مصنوعی عملکردهای بصری متعددی را در یک سلول واحد انجام می‌دهند. در میان آنها، سازگاری با نور می تواند در 0.45 ثانیه راه اندازی و انجام شود، با دقت آن به 99.75٪ می رسد. این بالاترین عملکرد در مقایسه با ادبیات موجود است و عملکرد بهتری از سیستم های بینایی انسان دارد - که حدود 1 دقیقه است.
در مرحله بعد، هدف محققان افزایش نرخ سوئیچینگ سازگاری با نور فراتر از 0.45 ثانیه در رابط نانو خوشه/نیمه هادی آلی است. وانگ نتیجه می‌گیرد: «در آینده، ویژگی‌های دینامیک انتقال بار را بررسی خواهیم کرد و سیستم‌های نورومورفیک تعبیه‌شده در نانوخوشه‌های سریع‌تر تولید خواهیم کرد.
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://physicsworld.com/a/shrimp-inspired-nanoclusters-enable-multifunctional-artificial-vision-systems/
