Optoelektronika naśladuje widzenie człowieka

fot. pixabay

Naukowcy z Uniwersytetu Tsinghua opracowali niedawno obiecujące urządzenie optoelektroniczne przeznaczone do zróżnicowanego przetwarzania wewnątrzsensorycznego. Układ opisany w artykule opublikowanym w Nature Nanotechnology opiera się na w pełni zintegrowanej tablicy memrystorów.

- Duża skala integracji obliczeń wewnątrzsensorowych w oparciu o powstające urządzenia z komplementarnymi obwodami CMOS pozostaje wciąż wyzwaniem, ponieważ brakuje odpowiednich aplikacji funkcjonalnych na poziomie sprzętowym - napisali Heyi Huang, Xiangpeng Liang i ich współpracownicy w swoim artykule - Prezentujemy w pełni zintegrowaną tablicę tranzystorowo-memrystorową z krzemowymi obwodami CMOS, która charakteryzuje się konfigurowalną funkcjonalnością.

Urządzenie zaprezentowane przez badaczy wykorzystuje zarówno elektryczność, jak i światło do jednoczesnego przetwarzania informacji i przechowywania danych, co jest niezbędne w realizacji obliczeń wewnątrzsensorowych. Użyte komponenty posiadają warstwową strukturę z różnymi materiałami umieszczonymi jeden na drugim. Ich w pełni zintegrowana matryca ma różne konfigurowalne tryby działania. Pozwalają tym samym systemowi naśladować hierarchiczne przetwarzanie informacji ludzkiego układu wzrokowego.

Tryby konfigurowane są poprzez modulację gęstości ładunku w lukach tlenowych za pomocą synergistycznych operacji optycznych i elektrycznych, co potwierdza różnicowa mikroskopia elektronowa skaningowa z kontrastem fazowym.

Do tej pory naukowcy ocenili swoje urządzenie w serii wstępnych eksperymentów, wykorzystując je do uruchamiania algorytmów widzenia komputerowego. Ich odkrycia były bardzo obiecujące, ponieważ matryca zapewniała dobrą dokładność we wszystkich trzech testowanych zadaniach wizualnych, jednocześnie zużywając relatywnie mniej energii.

Za pomocą systemu zrealizowano trzy zadania przetwarzania wizualnego: wstępne przetwarzanie sensoryczne obrazu z dokładnością rozpoznawania zwiększoną z 85,7% do 96,1%, bardziej zaawansowane śledzenie obiektów z dokładnością 96,1% przy użyciu dynamicznych trybów OEM i NV-OEM oraz rozpoznawanie ruchu człowieka z całkowicie opartym na OEM systemem obliczeniowym przy osiągnięciu dokładności 91,2%. Test porównawczy na poziomie systemu pokazuje, że system zużywa ponad 20 razy mniej energii niż jednostki przetwarzania grafiki.

Niedawne badanie przeprowadzone przez ten zespół wprowadza nową, ekonomiczną platformę optoelektroniczną, która może okazać się korzystna dla realizacji różnych zastosowań obliczeniowych bezpośrednio w czujnikach. W ramach kolejnych badań Huang, Liang i ich współpracownicy chcą zoptymalizować wydajność swojego systemu, na przykład poprzez użycie przezroczystych materiałów na górnej elektrodzie memrystorów w celu zwiększenia ich współczynnika absorpcji światła.

(rr)