Forskere udvikler en enhed, der efterligner hjerneceller, der bruges til menneskeligt syn

University of Central Florida-forskere hjælper med at lukke hullet, der adskiller menneske- og maskinsind.

I en undersøgelse omtalt som forsideartiklen, der vises i dag i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , et UCF-forskerhold viste, at ved at kombinere to lovende nanomaterialer i en ny overbygning, de kunne skabe en enhed i nanoskala, der efterligner nervebanerne i hjerneceller, der bruges til menneskesyn.

"Dette er et lille skridt i retning af at udvikle neuromorfe computere, som er computerprocessorer, der samtidigt kan behandle og huske information, " sagde Jayan Thomas, en lektor i UCF's NanoScience Technology Center og Institut for Materialevidenskab og Engineering. "Dette kan reducere behandlingstiden såvel som den energi, der kræves til forarbejdning. På et tidspunkt i fremtiden, denne opfindelse kan hjælpe med at lave robotter, der kan tænke som mennesker."

Thomas ledede forskningen i samarbejde med Tania Roy, en adjunkt i UCF's NanoScience Technology Center, og andre ved UCF's NanoScience Technology Center og Institut for Materialevidenskab og Engineering.

Roy sagde, at en potentiel anvendelse af teknologien er til drone-assisteret redning.

"Forestil dig en drone, der kan flyve uden vejledning til fjerntliggende bjergområder og lokalisere strandede bjergbestigere, " sagde Roy. "I dag er det svært, da disse droner har brug for forbindelse til fjernservere for at identificere, hvad de scanner med deres kameraøje. Vores enhed gør denne drone virkelig autonom, fordi den kan se ligesom et menneske."

"Tidligere forskning skabte et kamera, som fangede billedet og sendte det til en server for at blive genkendt, men vores gruppe skabte en enkelt enhed, der efterligner øjet og hjernefunktionen sammen, " sagde hun. "Vores enhed kan observere billedet og genkende det på stedet."

Tricket til innovationen var voksende nanoskala, lysfølsomme perovskit kvanteprikker på de todimensionelle, atomart tykt nanomateriale grafen. Denne kombination gør det muligt for de fotoaktive partikler at fange lys, konverter det til elektriske ladninger og lad ladningerne overføres direkte til grafenen, alt i ét trin. Hele processen foregår på en ekstremt tynd film, omkring en ti tusindedele af tykkelsen af ​​et menneskehår.

Basudev Pradhan, som var Bhaskara Advanced Solar Energy fellow i Thomas' laboratorium og i øjeblikket er assisterende professor i Department of Energy Engineering ved Central University of Jharkhand i Indien, og Sonali Das, en postdoc i Roys laboratorium, er delte førsteforfattere af undersøgelsen.

"På grund af overbygningens karakter, det viser en lys-assisteret hukommelseseffekt, " sagde Pradhan. "Dette ligner menneskers synsrelaterede hjerneceller. De optoelektroniske synapser, vi udviklede, er yderst relevante for hjerne-inspirerede, neuromorfisk databehandling. Denne form for overbygning vil helt sikkert føre til nye retninger i udviklingen af ​​ultratynde optoelektroniske enheder."

Das sagde, at der også er potentielle forsvarsansøgninger.

"Sådanne funktioner kan også bruges til at hjælpe soldaternes syn på slagmarken, sagde hun. Yderligere, vores enhed kan mærke, registrere og rekonstruere et billede sammen med ekstremt lavt strømforbrug, hvilket gør det i stand til langsigtet udrulning i feltapplikationer."

Neuromorphic computing er et mangeårigt mål for videnskabsmænd, hvor computere samtidigt kan behandle og lagre information, ligesom den menneskelige hjerne gør, for eksempel, at tillade vision. I øjeblikket, computere gemmer og behandler information på separate steder, hvilket i sidste ende begrænser deres præstationer.

For at teste deres enheds evne til at se objekter gennem neuromorfisk databehandling, forskerne brugte det i ansigtsgenkendelseseksperimenter, sagde Thomas.

"Ansigtsgenkendelseseksperimentet var en foreløbig test for at kontrollere vores optoelektroniske neuromorfe databehandling, " sagde Thomas. "Da vores enhed efterligner synsrelaterede hjerneceller, Ansigtsgenkendelse er en af ​​de vigtigste tests for vores neuromorfe byggesten."

De fandt ud af, at deres enhed var i stand til at genkende portrætterne af fire forskellige mennesker.

Forskerne sagde, at de planlægger at fortsætte deres samarbejde for at forfine enheden, herunder at bruge det til at udvikle et system på kredsløbsniveau.