新型光學(xué)傳感器研發(fā)取得重大進展 可逼真模仿人眼感知物體變化

據(jù)《應(yīng)用物理快報》近日報道，美國俄勒岡州立大學(xué)在新型光學(xué)傳感器研發(fā)上取得重大進展。他們開發(fā)出一種新型光學(xué)傳感器，可更逼真地模仿人眼感知物體變化的能力。這一成果有望帶來圖像識別、機器人技術(shù)和人工智能等領(lǐng)域的重大突破。

目前的信息處理算法和體系結(jié)構(gòu)變得越來越像人的大腦，但信息接收的方式仍是為傳統(tǒng)計算機設(shè)計的。為了發(fā)揮其全部潛能，更像人腦那樣“思考”的計算機需要更像人眼那樣“看”的圖像傳感器。

人眼包含約1億個感光器，但視神經(jīng)與大腦的連接只有一百萬個，因此在傳輸圖像之前，必須在視網(wǎng)膜中進行大量的預(yù)處理和動態(tài)壓縮。

傳統(tǒng)的傳感技術(shù)，如數(shù)碼相機和智能手機中的芯片，更適合順序處理。每個傳感器都會產(chǎn)生一個幅度隨其接收的光強度而變化的信號，這意味著靜態(tài)圖像會使傳感器產(chǎn)生較為恒定的輸出電壓。

在新型視網(wǎng)膜形態(tài)傳感器中，利用了鈣鈦礦的獨特光電性能。鈣鈦礦置于厚度僅幾百納米的超薄層中充當電容器，在光照下，它會從電絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體。因此傳感器在靜態(tài)條件下保持相對安靜，當檢測到光照變化時，會記錄一個短而尖銳的信號，然后迅速恢復(fù)到其基線狀態(tài)。

研究人員通過模擬一系列視網(wǎng)膜形態(tài)傳感器，以預(yù)測視網(wǎng)膜形態(tài)攝像機如何響應(yīng)輸入刺激。例如，在棒球練習(xí)的模擬演示中，內(nèi)場球員顯示為清晰可見、明亮的運動物體，而看臺等相對靜止的物體逐漸消失。更加引人注目的是，一只鳥飛進了視野，然后停在一個看不見的喂鳥器上，幾乎消失了，卻在起飛時重新出現(xiàn)。

研究人員還可將任何視頻輸入這些模擬，并以與人眼基本相同的方式處理信息。比如讓機器人用這些傳感器來跟蹤目標的運動，其視野中的任何靜止狀態(tài)都不會引起響應(yīng)，一旦目標發(fā)生運動，則會產(chǎn)生高壓，立即告訴機器人目標的位置，而無需進行任何復(fù)雜的圖像處理。

這種新型傳感器還能與神經(jīng)形態(tài)計算機完美匹配。神經(jīng)形態(tài)計算機與傳統(tǒng)計算機不同，是一種模擬人腦的大規(guī)模并行網(wǎng)絡(luò)，為用于自動駕駛汽車、機器人技術(shù)和高級圖像識別中的下一代人工智能提供支持。

總編輯圈點

人腦所處理的信息，超過80%都是通過眼睛獲得的，而視覺系統(tǒng)的信息處理能力，又很大程度上依賴于視網(wǎng)膜的結(jié)構(gòu)和功能。因此，構(gòu)建出一個可以媲美人眼、能夠同步進行信息探測和處理功能的視網(wǎng)膜傳感器——或者說，真實模仿自然界生物的眼睛，一直是許多工程師的夢想。近幾年，這一領(lǐng)域已經(jīng)開始出現(xiàn)非常有價值的突破，譬如本文中的光學(xué)傳感器就是其中之一，不過，要想看到這一技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用，或許至少還要十年以后。(記者馮衛(wèi)東)