A kutatók egy önműködő mesterséges szinapszist fejlesztettek ki, amely utánozza az emberi színlátást
Japán kutatók kifejlesztettek egy önműködő mesterséges szinapszist, amely nagy felbontással különbözteti meg a színeket a látható spektrumban, olyan képességekkel és pontossággal, amely megközelíti az emberi szemét. Ez a technológia jelentős előnyökkel járhat az önvezető járművek számára, mivel lehetővé teszi a közlekedési lámpák, a közúti jelzések és az akadályok pontosabb és hatékonyabb felismerését.
A festékkel szenzibilizált napelemeket integráló eszköz áramot termel, és további áramkörök nélkül képes komplex logikai műveleteket végrehajtani, lehetővé téve a mindennapi eszközökbe integrált, hatékony számítógépes látórendszerek létrehozását.
Miért kell az iparágnak színeket látnia?
Ahogy a mesterséges intelligencia és az okoseszközök folyamatosan fejlődnek, a gépi látás egyre fontosabb szerepet játszik a modern technológiák kulcsfontosságú elősegítőjeként. Sajnos a jelentős fejlődés ellenére a gépi látási rendszerek továbbra is komoly problémával szembesülnek: a másodpercenként generált hatalmas mennyiségű vizuális adat feldolgozása jelentős teljesítményt, tárhelyet és számítási erőforrásokat igényel. Ez a korlátozás megnehezíti a vizuális felismerési képességek telepítését a peremhálózati eszközökben, például az önvezető járművekben.
Érdekes módon az emberi vizuális rendszer egy meggyőző alternatív modellt kínál. A hagyományos gépi látórendszerekkel ellentétben, amelyeknek minden részletet rögzíteniük és feldolgozniuk kell, a szemünk és az agyunk szelektíven szűri az információkat. A neuromorfikus számítástechnika, amely a biológiai idegrendszerek szerkezetét és működését utánozza, így ígéretes megközelítésnek bizonyult a számítógépes látás jelenlegi akadályainak leküzdésére. Két fő kihívás azonban továbbra is fennáll. Az első az emberi látáshoz hasonló színfelismerés elérése, a második pedig a külső áramforrások szükségességének kiküszöbölése az energiafogyasztás minimalizálása érdekében.
A kutatás
A japán Tokiói Tudományegyetem (TUS) Elektronikus Rendszermérnöki Tanszékének Fejlett Mérnöki Karának Ikuno Takashi docens vezette kutatócsoportja kidolgozott egy megoldást. A Scientific Reports folyóirat 15. kötetében 2025. május 12-én megjelent tanulmányuk egy önműködő mesterséges szinapszist mutat be, amely képes figyelemre méltó pontossággal megkülönböztetni a színeket. A tanulmány társszerzői Hiroaki Komatsu és Norika Hosoda, szintén a TUS munkatársai.
A kutatók két különböző, festékkel szenzibilizált napelem integrálásával hoztak létre egy eszközt, amelyek eltérően reagáltak a fény különböző hullámhosszaira. A hagyományos, külső áramforrást igénylő optoelektronikus mesterséges szinapszisokkal ellentétben a javasolt szinapszis napenergia-átalakítással termeli az elektromos áramot. Ez az önellátó képesség különösen alkalmassá teszi a peremhálózati számítástechnikai alkalmazásokhoz, ahol az energiahatékonyság kulcsfontosságú.
A kutatás megállapította, hogy a rendszer 10 nm-es felbontással képes megkülönböztetni a színeket a látható spektrumban – ez a diszkriminációs szint megközelíti az emberi szemét. Ezenkívül az eszköz bipoláris válaszokat is mutatott, pozitív feszültséget produkálva kék fényben és negatív feszültséget vörös fényben. Ez lehetővé teszi olyan összetett logikai műveletek végrehajtását, amelyekhez jellemzően több hagyományos eszközre lenne szükség.
„Az eredmények nagy potenciált mutatnak ennek a következő generációs optoelektronikai eszköznek az alkalmazására, amely lehetővé teszi a nagy felbontású színmegkülönböztetést és a logikai műveletek egyidejű végrehajtását, vizuális felismeréssel rendelkező, alacsony fogyasztású mesterséges intelligencia (MI) rendszerekben” – jegyezte meg Dr. Ikuno.
Valós alkalmazás
Egy valós alkalmazás bemutatásához a csapat egy fizikai rezervoár-számítástechnikai keretrendszerben használta eszközét, hogy felismerje a vörös, zöld és kék színnel rögzített különböző emberi mozgásokat. A rendszer lenyűgöző 82%-os pontosságot ért el, amikor 18 különböző szín- és mozgáskombinációt osztályozott egyetlen eszközzel, a hagyományos rendszerekben megszokott több fotodióda helyett.
„Hisszük, hogy ez a technológia hozzájárul majd az emberi szemhez hasonló színfelismerési képességű, alacsony fogyasztású gépi látórendszerek megvalósításához, olyan alkalmazásokkal, mint az önvezető autók optikai érzékelői, az orvosi használatra szánt alacsony fogyasztású biometrikus érzékelők és a hordozható felismerő eszközök” – mondta Dr. Ikuno.
