Biex jimmonitorja l-ambjent u jinnaviga fid-dinja reali, ir-robot għandu jkun jista 'jakkwista immaġini u kejl ambjentali taħt kundizzjonijiet differenti ta' dawl fl-isfond. F'dawn l-aħħar snin, ir-riċerkaturi u l-inġiniera madwar id-dinja ilhom jaħdmu biex jiżviluppaw sensuri aktar u aktar avvanzati biex jintegraw f'robots, sistemi ta 'sorveljanza jew apparat ieħor li jista' jħoss l-inħawi tagħhom.
Skond Memes Consulting, riċerkaturi mill-Università Politeknika ta 'Ħong Kong, l-Università ta' Peking, l-Università ta 'Yonsei u l-Università ta' Fudan reċentement żviluppaw tip ġdid ta 'sensor tal-viżjoni bijonika li juża mekkaniżmu li jissimula artifiċjalment il-funzjoni tar-retina u jista' jintuża f'varjetà ta 'Dejta nġabret taħt kundizzjonijiet ħfief. Dan is-senser tal-viżjoni bijonika huwa bbażat fuq fototrasistors magħmula minn disulfid tal-molibdenu.
Ritratt tal-firxa tas-sensur tal-viżjoni bijometamatika (xellug); struttura skematika tal-unità tas-sensur tal-viżjoni u immaġni tal-mikroskopju ottiku (lemin)
"It-tim tar-riċerka tagħna beda jaħdem fuq il-memorja optoelettronika ħames snin ilu," qal Yang Chai, wieħed mir-riċerkaturi li żviluppa s-sensor tal-viżjoni. "Dan l-apparat emerġenti jista 'joħroġ sinjali dipendenti fuq id-dawl u dipendenti fuq l-istorja, li jippermettu l-integrazzjoni tal-immaġni. , Akkumulazzjoni ta' sinjal dgħajjef, analiżi spettrali u funzjonijiet kumplessi oħra ta 'pproċessar ta' immaġni, l-integrazzjoni multi-funzjonali ta 'sensing, ħażna tad-dejta u pproċessar ta' dejta f'apparat wieħed."
Fl-2018, Yang Chai u l-kollegi tiegħu ppubblikaw l-ewwel karta dwar il-memorja optoelettronika, li fiha introduċew apparat tal-memorja li jaqleb ir-reżistenza li jista 'jwettaq operazzjonijiet ta' sensing tad-dawl u loġiċi. Sena wara, it-tim introduċa tip ġdid ta 'memorja ta' aċċess każwali fotoresistiva bi tliet funzjonijiet differenti. Speċifikament, l-apparat il-ġdid jista 'jħoss l-ambjent, jaħżen l-informazzjoni fil-memorja, u jwettaq operazzjonijiet ta' preprocessing viżwali newromorfiku.
"Aħna studjajna l-kunċetti ta 'paradigmi tal-kompjuter kważi sensor u waqt is-sensor fl-2020 u ppubblikajna l-fehmiet tagħna fil-qasam." Yang Chai kompla, "Din ir-riċerka l-ġdida dwar sensuri tal-viżjoni biomimetika tibni fuq tagħna Fuq tagħna Barra mill-isforzi preċedenti kollha."
L-intensità tad-dawl naturali ambjentali tvarja ħafna, b'firxa totali ta '280 dB. Meta r-retina umana tħoss sinjali tad-dawl esterni, taġġusta s-sensittività tad-dawl tal-fotoreċetturi tagħha (jiġifieri, vireg u koni) skont is-saħħa tas-sinjal. Dan fl-aħħar mill-aħħar jippermetti lill-għajn tal-bniedem tadatta gradwalment għal livelli differenti ta 'dawl, li jippermettulha tara b'mod ċar kemm f'ambjenti mudlama kif ukoll qawwija, kapaċità magħrufa bħala "adattament viżwali."
"Pereżempju, meta tidħol f'ċinema skura minn sala qawwija, bilkemm tista 'tara xejn għall-ewwel, imma wara ftit fiċ-ċinema, isir aktar faċli li tara l-affarijiet," jispjega Yang Chai. "Dan il-fenomenu jissejjaħ adattament scotopic. Bil-maqlub, jekk tmur minn teatru tal-films skur għal barra xemxija, għall-ewwel tħossok tgħammix ħafna, u tieħu ftit ħin biex tidraw tara x'inhu għaddej madwarek. Il-proċess L-oppost tal-adattament skur jissejjaħ adattament fotopiku.
L-għan ewlieni ta 'Yang Chai u x-xogħol reċenti tal-kollegi tiegħu huwa li jibnu sensur tal-viżjoni ispirat mill-istruttura u l-funzjoni tar-retina umana. Biex jagħmlu dan, l-ewwel bdew billi studjaw ir-retina umana u mbagħad ippruvaw jiddisinjaw strateġiji perċettwali li jippermettulhom jissimulaw b'mod artifiċjali adattamenti viżwali.
Sensuri tal-immaġni l-aktar avvanzati bbażati fuq it-teknoloġija CMOS tipikament ikollhom firxa dinamika limitata ta '70 dB. Madankollu, din il-firxa dinamika hija ħafna idjaq mill-firxa tad-dawl ta 'xeni naturali (280 dB).
"Biex tinkiseb perċezzjoni viżwali fuq firxa wiesgħa ta 'intensitajiet tad-dawl, ir-riċerkaturi esploraw l-użu ta' aperturi ottiċi kkontrollati, lentijiet likwidi, ħinijiet ta 'espożizzjoni aġġustabbli, u algoritmi denoising fl-ipproċessar ta' wara," qal Yang Chai. "Madankollu, dawn il-Metodi spiss jeħtieġu ħardwer kumpless u riżorsi tas-softwer."
Adattament skur u ħafif ta 'arranġamenti ta' sensur tal-viżjoni bijometika. (a) Skematika tat-test ta' adattament skur: rikonoxximent ta' immaġini ta' dawl baxx bl-użu ta' arranġament ta' pixels ta' 8 x 8 f'ambjent mudlam. (b) Dijagramma skematika tat-test tal-adattament tad-dawl: rikonoxximent ta' immaġini ta' illuminanza għolja bl-użu ta' arranġament ta' pixels ta' 8 x 8 f'ambjent qawwi. (c) Proċess ta' adattament skur biex jiġi identifikat ix-xejra "8". (d) Il-proċess ta' fotoadaptazzjoni biex jiġi identifikat il-mudell "8".
Apparat optoelettronika b'viżjoni adattiva ħafifa u firxa wiesgħa ta 'sensing f'terminals sensorji jista' jkollhom applikazzjonijiet siewja ħafna. Pereżempju, jistgħu jgħinu biex itejbu l-prestazzjoni tal-għodod tal-viżjoni tal-kompjuter, inaqqsu l-kumplessità tal-ħardwer meħtieġa biex jibnu robots jew sistemi oħra ta 'sensing, u jtejbu l-eżattezza tas-sistemi ta' rikonoxximent tal-immaġni.
Għalkemm, timijiet oħra ta 'riċerka żviluppaw apparat optoelettronika li jista' jadatta għal kundizzjonijiet ta 'dawl differenti fil-passat. Madankollu, ħafna mill-apparati murija qabel jistgħu jimitaw biss il-mekkaniżmu ta 'adattament tad-dawl tar-retina. Il-proċess ta 'adattament skur s'issa wera aktar diffiċli biex jissimula.
"Għad fadal ħafna xi jsir biex tirreplika bis-sħiħ il-funzjoni ta 'adattament viżwali tar-retina," jispjega Yang Chai. "Biex niksbu dan, iddisinjajna sensur tal-viżjoni bbażat fuq il-fototrasistor bl-użu ta 'semikondutturi ultra-rqaq li jistgħu Il-grad ta' adattament skur u adattament tad-dawl fl-istess apparat kien ikkontrollat bl-applikazzjoni ta 'vultaġġi gate differenti. B'dan il-mod, aħna simulat fotoreċetturi u ċelloli orizzontali fir-retina u ksibna b'suċċess firxa ta 'sensing ta' 199 dB. Apparat adattiv tal-viżjoni f'sensuri bijomatiċi."
Simulazzjoni artifiċjali ta' fotoreċetturi u ċelloli orizzontali fir-retina għal adattament viżwali (adattament skur u adattament ħafif)
Is-senser tal-viżjoni biomimetika żviluppat minn Yang Chai u l-kollegi huwa bbażat fuq fototrasistors magħmula minn materjal semikonduttur ultrathin magħruf bħala molibdenu disulfid. Il-fototrasisturi li użaw għandhom stati ta 'nassa ta' ċarġ multipli li jistgħu jaqbdu jew jirrilaxxaw elettroni fil-kanal b'vultaġġi differenti tal-bieb.
Fl-aħħar mill-aħħar, dawn l-istati jippermettu lir-riċerkaturi jirfinaw b'mod dinamiku l-konduttanza tal-apparat tagħhom. Dan, min-naħa tiegħu, ippermettielhom jissimulaw artifiċjalment il-mekkaniżmi ta 'adattament skur u ħafif tar-retina umana, u b'hekk jespandu l-firxa tal-perċezzjoni tas-sensor tagħhom ta' kundizzjonijiet tad-dawl differenti.
"Is-sensor tal-viżjoni bijonika tagħna għandu diversi vantaġġi u karatteristiċi," qal Yang Chai. "L-ewwel, il-funzjoni ta 'adattament viżwali hija implimentata f'apparat wieħed, li jnaqqas ħafna l-impronta. It-tieni, funzjonijiet multipli jistgħu jiġu implimentati fuq apparat wieħed. , inkluż is-sensing tad-dawl, il-memorja u l-ipproċessar. Fl-aħħarnett, l-adattament skur u ħafif taħt intensitajiet tad-dawl differenti jista 'jinkiseb billi jiġi kkontrollat il-vultaġġ tal-bieb tiegħu.
Yang Chai u l-kollegi tiegħu evalwaw is-sensor tal-viżjoni bijonika f'serje ta 'testijiet u sabu li jista' effettivament jimita l-funzjoni tar-retina umana, u jikseb riżultati notevoli kemm f'adattament skur kif ukoll ħafif. Barra minn hekk, għandha firxa perċettwali ogħla b'mod sinifikanti (199 dB) meta mqabbla ma' soluzzjonijiet proposti qabel.
"Is-sensor tal-viżjoni tagħna jista 'jarrikkixxi l-funzjonijiet tal-viżjoni tal-magna, inaqqas il-kumplessità tal-ħardwer, u jikseb effiċjenza għolja ta' rikonoxximent tal-immaġni," qal Yang Chai, "Dawn il-vantaġġi kollha huma disponibbli f'oqsma bħal sewqan awtonomu, rikonoxximent tal-wiċċ, u manifattura industrijali f'ambjenti kumplessi tad-dawl. prospetti kbar ta 'applikazzjoni.
Fi studji futuri, ir-riċerkaturi qed jippjanaw li jkomplu jtejbu l-prestazzjoni tas-sensor tal-viżjoni, filwaqt li jużawh ukoll biex jiffabbrikaw sistemi fuq skala kbira li jikkonsistu f'arranġamenti tas-sensuri. Idealment, iridu jibnu din il-firxa tas-senser fuq sottostrat flessibbli jew emisferiku biex jippermettu kamp viżiv usa '.
"Qasam wieħed li jeħtieġ titjib huwa l-ħin ta 'adattament tas-sensor tal-viżjoni tagħna, peress li għadu mhux biżżejjed biex jappoġġja applikazzjonijiet ta' viżjoni tal-magni." Yang Chai żied, "L-għan tagħna huwa li nnaqqsu l-ħin ta 'adattament għal-livell mikrosekond. Barra minn hekk, l-iskala tal-firxa tas-sensorju tal-viżjoni Hemm bżonn ukoll aktar titjib. Il-mira tagħna għal żmien qasir għad-daqs tal-firxa hija akbar minn 100 x 100 pixel. Fl-aħħarnett, l-integrazzjoni eteroġena tas-sensuri tal-viżjoni u tal-unitajiet ta 'wara l-ipproċessar, inklużi ċirkwiti ta' kontroll ibbażati fuq is-silikon, hija pass importanti ħafna lejn applikazzjonijiet prattiċi."
It-Teknoloġija GMKJ hija impenjata ħafna f'sorsi ta 'dawl b'saħħithom u intelliġenti, li jipprovdu firxa sħiħa ta' UVA UVB UVC LED, prodotti u soluzzjonijiet ta 'UVA LED LED RED infra-aħmar għas-suq. Għandu mijiet ta 'msieħba ta' kwalità għolja fis-swieq domestiċi u barranin biex jippromwovi b'mod konġunt l-użu ta 'teknoloġija ħafifa biex joħloq ħajja b'saħħitha u intelliġenti. .
