日本東京理科大學(xué)團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出一種具有極高顏色分辨能力的自供電人工突觸，其顏色識別能力已經(jīng)非常接近人眼，標(biāo)志著人們在計(jì)算機(jī)之“眼”研究領(lǐng)域邁出重要一步。相關(guān)成果已發(fā)表在最新一期《科學(xué)報(bào)告》上。

人工智能的快速發(fā)展對機(jī)器視覺提出了更高要求。然而，處理每秒產(chǎn)生的大量視覺數(shù)據(jù)需要消耗大量電力、存儲空間和計(jì)算資源，因此將視覺識別功能應(yīng)用于智能手機(jī)、無人機(jī)或自動駕駛汽車等設(shè)備極具挑戰(zhàn)性。

圖片:351336_e7571c19-6a4d-4889-bcad-9c21ff256715.png

上圖部分展示了利用染料敏化太陽能電池制成的人工突觸。突觸的雙極電壓響應(yīng)模擬了人們眼睛感知世界的方式并實(shí)現(xiàn)了邏輯運(yùn)算。下圖部分展示了捕捉和分類各種人體運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)。

相比之下，人類天然視覺系統(tǒng)同時(shí)擁有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)檠劬�和大腦并不會對所有視覺信息進(jìn)行無差別處理，而是會選擇性地提取關(guān)鍵特征，從而在保持高效率的同時(shí)大幅降低能耗。受此啟發(fā)，神經(jīng)形態(tài)計(jì)算——模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的新型計(jì)算方式，被認(rèn)為在突破傳統(tǒng)機(jī)器視覺限制方面極具潛力。但目前仍存在兩個(gè)主要難題：一是實(shí)現(xiàn)接近人眼水平的顏色識別能力；二是擺脫對外部電源的依賴，以最大程度降低功耗。

為真正解決這些問題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新穎的人工突觸系統(tǒng)。其集成了兩種不同類型的染料敏化太陽能電池，對不同波長的光具有不同的響應(yīng)特性。該裝置通過直接轉(zhuǎn)換太陽能來供能，實(shí)現(xiàn)了真正的“自供電”。這一特性使其非常適合用于對能源效率要求極高的邊緣計(jì)算場景。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠以10納米的分辨率區(qū)分可見光范圍內(nèi)的顏色，與人眼相當(dāng)接近。此外，該裝置還展現(xiàn)出雙極響應(yīng)特性：在藍(lán)光照射下產(chǎn)生正電壓，在紅光照射下則產(chǎn)生負(fù)電壓。這使它能夠執(zhí)行復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，而這些操作通常需要多個(gè)傳統(tǒng)光電元件才能完成。

為了驗(yàn)證其實(shí)際應(yīng)用潛力，團(tuán)隊(duì)用它識別以紅、綠、藍(lán)三色記錄的不同人體動作。結(jié)果表明，僅用單個(gè)器件，該系統(tǒng)就能準(zhǔn)確分類多達(dá)18種顏色與動作組合，識別準(zhǔn)確率達(dá)到82%。

這項(xiàng)技術(shù)有望讓日常設(shè)備擁有類人視覺，應(yīng)用前景十分廣闊，包括自動駕駛領(lǐng)域、醫(yī)療健康設(shè)備，以及消費(fèi)電子領(lǐng)域。