بینایی مصنوعی فناوری‌های نسل بعدی مانند خودروهای خودران و سیستم‌های امنیتی را قدرت می‌بخشد. با این حال، مصرف انرژی و تاثیرات زیست‌محیطی آن مشکل جدی شده‌اند.
یک تیم بین‌المللی از محققان تحت رهبری دانشگاه گلاسکو تلاش کرده است تا رویکرد پایدارتری اتخاذ کند.
آن‌ها یک سیستم جدید بینایی مصنوعی طراحی کرده‌اند که الهام‌گرفته از مغز انسان است و بخشی از توان آن با عسل تامین می‌شود. این دستگاه جدید که ترانزیستور اورگانیک با گیت الکترولیتی (EGOFET) نام دارد، مصرف انرژی کمی دارد و به کاهش زباله‌های الکترونیکی کمک می‌کند.
“مصرف انرژی فوق‌العاده کم دستگاه ما و مواد پایدار می‌تواند راه رابرای سیستم‌های بینایی مصنوعی دوستدار محیط زیست و قابل گسترش در سال‌های آینده هموار سازد” گفت تئودوروس سرگیو از دانشکده مهندسی جیمز وات دانشگاه گلاسکو.
دستگاه جدید دوستدار محیط زیست
سیستم‌های فعلی بینایی مصنوعی به فناوری مبتنی بر سیلیکون وابسته‌اند که نیاز به توان محاسباتی و انرژی زیادی دارد. این نه‌تنها منجر به هزینه‌های بالای عملیاتی می‌شود بلکه مقدار زیادی زباله‌های الکترونیکی تولید می‌کند.
این دستگاه جدید عملکرد چشم و مغز خودمان را تقلید می‌کند. می‌تواند نور را حس کند، اطلاعات را پردازش کند و خاطرات را در یک واحد کوچک ذخیره کند.
علاوه بر این، این دستگاه می‌تواند اطلاعات را حتی بعد از خاموش‌شدن حفظ کند - خصوصیتی که غیر فراری نامیده می‌شود.
قابلیت آن در پردازش سریع داده‌های بصری این دستگاه را برای کاربردهایی که به بینایی زمان واقعی نیاز دارند، مانند درون‌های خودپرواز و سیستم‌های امنیتی هوشمند، امیدوارکننده می‌سازد.
“در محاسبات سنتی، جدایی فیزیکی بین واحدهای پردازش و حافظه منجر به تاخیری ذاتی می‌شود که برای جابجایی داده‌ها در سیستم‌های مبتنی بر CMOS لازم است” سرگیو توضیح داد.
“اما دستگاه جدید مبتنی بر حافظه ما این وظایف را به‌طور همزمان در حافظه انجام می‌دهد، مشابه نحوه کار سیناپس‌ها در مغز انسان، که به غلبه بر موانع سیستم‌های سنتی کمک می‌کند” نویسنده اضافه کرد.
پربازده انرژی
این دستگاه جدید از مواد دوستدار محیط زیست، زیست‌فروپاش و قابل بازیافت برای پردازش و ذخیره اطلاعات رنگی با کمترین مصرف انرژی استفاده می‌کند.
دستگاه نمونه با استفاده از پایه شیشه‌ای، الکترودهای طلایی، لایه نوری حساس اورگانیک (پریلین) و عسل به عنوان الکترولیت ساخته شده‌است.
این سیستم آشکارساز نوری سیگنال‌های الکتریکی (”قله‌ها“) تولید می‌کند که براساس رنگ و روشنایی نور تغییر می‌کنند. این سیگنال‌ها وضعیت‌های حافظه‌ای را برنامه‌ریزی می‌کنند که سیستم حتی در زمان خاموش بودن قدرت خود را حفظ می‌کند.
EGOFET به‌شدت پربازده انرژی است. تنها به 2.4 پیکوجول (مقداری بسیار کم انرژی) برای هر قله فعالیت الکتریکی که در هنگام حس نور تولید می‌کند نیاز دارد. این امر آن را به یکی از پربازده‌ترین دستگاه‌های از این نوع که تا کنون ساخته شده‌است تبدیل کرده است.
“دستگاه ما قادر به تقلید از رفتارهای سیناپسی کلیدی مانند پلاستیسیته کوتاه‌مدت و بلندمدت، پلاستیسیته وابسته به زمان قله و تسهیل ضربان جفت‌شده با دقت بالا است” گفت جف کتل، نویسنده مرتبط.
“ما قصد داریم این نمونه‌ی تک‌دستگاهی را به شکل ردیف‌هایی برای قابلیت‌های بهبود یافته تشخیص تصویر تقویت کنیم، که می‌تواند عملکرد بهتری برای سیستم‌های بینایی مصنوعی ارائه دهد پیش از آنکه به طور پایدارتر در پایان چرخه حیات خود دفع شوند” کتل در اطلاعیه مطبوعاتی افزود.
در پایان عمر خود، اجزا شیشه و طلا این دستگاه می‌تواند بازیافت شود. از سوی دیگر، قطعات اورگانیک برای فروپاشی زیستی طراحی شده‌اند.
علاوه بر دانشگاه گلاسکو، تیم شامل مهندسانی از دانشگاه ایالتی سائو پائولو (UNESP) و دانشگاه متروپولیتن هنگ‌کنگ بود.
یافته‌ها در مجله مواد عملکردی پیشرفته. منتشر شد.
