حسگری فراتر از قابلیت دید انسان؛ تحولی چینی در فناوری نانو برای بینایی ماشینی

در پیشرفتی شگفت‌انگیز، تیم تحقیقاتی دانشگاه فوجو در چین به طراحی حسگری دست یافته‌اند که با الهام از کارکرد چشم انسان، قادر است به‌طور خارق‌العاده‌ای به تغییرات نوری شدید واکنش نشان دهد.

این حسگر بر مبنای فناوری نقاط کوانتومی (Quantum Dot) توسعه یافته که توانایی بالایی در تبدیل نور به سیگنال‌های الکتریکی به صورت بهینه دارد و این امکان را فراهم می‌آورد که بینایی ماشین‌ها به مراتب فراتر از چشم انسان ارتقاء یابد.

طبق گزارش ایتنا و به نقل از The Verge، چشم انسان یک نمونه بی‌نظیر از تطبیق‌پذیری است که توانایی تغییر وضعیت بین محیط‌های کم نور و نور شدید را در کوتاه‌ترین زمان دارد. این قابلیت به دلیل ساختار پیچیده شبکیه، نورون‌های بینایی و قشر داده‌پرداز بینایی مغز به دست می‌آید.

تولید چنین سطحی از تطبیق‌پذیری در سامانه‌های ماشین همیشه یک چالش عظیم به شمار می‌رود؛ زیرا سیستم‌های بینایی ماشینی باید مقدار زیادی اطلاعات را پردازش کنند که این امر مصرف بالای انرژی را به همراه دارد و واکنش به شرایط نوری متغیر را دشوار می‌سازد.

دست آورد اصلی این تحقیق، طراحی حسگری با مفهوم «هوش نوری یکپارچه» است که به جای افزایش صرف قدرت محاسباتی، سعی در تقلید از عملکرد چشم انسان دارد. در هسته این فناوری، نقاط کوانتومی سولفید سرب وجود دارند؛ این ساختارهای نیمه‌رسانای مقیاس نانو توانایی دقیق جذب و آزادسازی بارهای الکتریکی را بسته به شدت نور دارند. این حسگر قادر است در عرض ۴۰ ثانیه به تغییرات نوری شدید پاسخ دهد که در برخی حالات سریع‌تر از چشم انسان عمل می‌کند.

ویژگی بارز دیگر این حسگر، پردازش داده‌ها در محل دریافت آنهاست. بر خلاف سیستم‌های متداول که تمامی اطلاعات بینایی به یک کامپیوتر مرکزی ارسال می‌شود، این حسگر به و بهینه‌سازی اطلاعات جامع دست زده و مشابه سیگنال‌های مغزی عمل می‌کند که منجر به کاهش بار پردازشی، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و سرعت بیشتر واکنش‌ها می‌گردد. این پیشرفت برای خودروهای خودران، ربات‌ها و سیستم‌های پیشرفته حائز اهمیت است.

در کاربردهای عملی، این حسگر می‌تواند به خودروهای خودران کمک کند تا به سرعت به نور شدید خورشید پس از خروج از تونل تاریک پاسخ دهند و موانع را با دقت شناسایی کنند. همچنین ربات‌های صنعتی در نواحی با نور متغیر، با دیدی پایدارتر و واکنش سریع‌تر عمل خواهند کرد. برای ربات‌های اکتشافی که در آب، فضا یا زمین کار می‌کنند، قابلیت دید وسیع و باکیفیت این حسگر می‌تواند عامل تعیین کننده موفقیت یا شکست پروژه‌ها باشد.

اگرچه این فناوری در حال حاضر در مرحله آزمایش است، گروه تحقیقاتی در نظر دارد با توسعه شبکه‌ای از حسگرهای متصل و ادغام هوش مصنوعی، چشم‌انداز وسیع‌تر و پردازش بهتری را ارائه نماید. این ترکیب از الهام‌گیری زیستی، نانوفناوری و الگوریتم‌های هوشمند، نویدبخش دورانی تازه در بینایی ماشینی است، جایی که ماشین‌ها نه تنها قادر به دریافت نور هستند بلکه می‌توانند آن را همچون انسان تفسیر کنند. جزئیات این پژوهش در نشریه Applied Physics Letters منتشر گردیده و به طور قطع آینده بینایی ماشین را متحول خواهد ساخت.