Căutarea de a dota roboții cu o percepție și o inteligență asemănătoare celei umane este în centrul progreselor tehnologice actuale. O echipă de cercetători de la Universitatea RMIT din Australia a făcut un pas important înainte prin dezvoltarea unui dispozitiv neuromorfic capabil să imite modul în care creierul uman procesează informațiile vizuale în timp real. Această inovație promite să transforme robotica, viziunea computerizată și, mai larg, sistemele autonome. Ea a fost prezentată într-un articol publicat în Advanced Materials Technologies.
Creierul uman procesează informațiile vizuale folosind o rețea complexă de neuroni care comunică prin semnale electrice discrete cunoscute sub numele de „vârfuri” sau impulsuri. Pentru a reproduce acest mecanism, oamenii de știință au dezvoltat rețele neuronale cu impulsuri (INN), care simulează comportamentul neuronal real. Unul dintre cele mai reprezentative modele este modelul LIF (leaky integration and triggering). În acest model, semnalele electrice se acumulează într-un neuron până când ating un prag, declanșând un impuls, după care sistemul se resetează, fiind gata să primească noi informații. Reproducerea fidelă a acestui proces la scară microscopică într-un dispozitiv electronic și aplicarea sa la vederea în timp real reprezintă o provocare tehnologică majoră. Este exact ceea ce a reușit să facă echipa australiană, folosind un material cu proprietăți uimitoare: disulfura de molibden (MoS₂).
MoS₂ este un compus metalic care, la scară atomică, are defecte naturale care îi permit să detecteze lumina și să o transforme în semnale electrice. Acest comportament îl imită pe cel al neuronilor din creier, care captează și transmit semnale vizuale. Folosind straturi ultra-subțiri de MoS₂ obținute prin depunere chimică în stare de vapori, cercetătorii au proiectat un dispozitiv capabil să simuleze încărcarea și descărcarea electrică a unui neuron conform modelului LIF. Acest sistem poate detecta variațiile de lumină, „pornește” atunci când este atins un prag și apoi se resetează rapid datorită unui control precis al tensiunii electrice. Acest mecanism permite dispozitivului să acționeze ca un neuron real, cu capacitatea de a reacționa rapid și eficient.
Dispozitivul dezvoltat poate nu numai să detecteze mișcările, cum ar fi cele ale unei mâini, ci și să stocheze aceste informații sub forma unor „memorii” temporare. Spre deosebire de camerele tradiționale, care captează imagini cadru cu cadru, acest dispozitiv analizează direct contururile și schimbările din mediul înconjurător, reducând considerabil cantitatea de date care trebuie prelucrate. Prin reproducerea modului în care creierul filtrează și analizează informațiile vizuale, acest dispozitiv neuromorfic consumă mult mai puțină energie, oferind în același timp o procesare în timp real. Această capacitate de a reacționa imediat la schimbările din mediu deschide noi perspective în domeniul roboticii autonome și al vehiculelor inteligente.
Această tehnologie este deosebit de promițătoare pentru roboții umanoizi, care trebuie să interacționeze în mod natural cu medii dinamice și complexe. O viziune mai apropiată de cea a oamenilor, împreună cu capacitatea de a stoca și analiza informațiile vizuale în timp real, va permite reacții mai rapide și mai adecvate, în special în contexte cu risc ridicat sau în schimbare rapidă. Pe lângă robotică, acest tip de dispozitiv ar putea revoluționa conducerea autonomă, unde detectarea și analiza rapidă a informațiilor vizuale este esențială pentru siguranță. De asemenea, ar putea fi integrat în sistemele de asistență pentru persoanele în vârstă sau cu handicap, făcând interacțiunile mai intuitive și mai eficiente.
Prototipul actual funcționează la scara unui singur pixel. Echipa lucrează acum la crearea unor rețele mai mari de pixeli neuromorfici pe bază de MoS₂, capabile să gestioneze imagini mai complexe. De asemenea, se depun eforturi pentru optimizarea consumului de energie și integrarea acestei tehnologii în arhitecturile digitale convenționale. În plus, cercetătorii explorează alte materiale capabile să extindă capacitățile de detecție în spectrul infraroșu, ceea ce ar putea conduce la aplicații în monitorizarea mediului sau în urmărirea emisiilor industriale.
Poll: Care este cea mai promițătoare aplicație a capacităților dispozitivelor neuromorfice bazate pe MoS₂?
Revista “Ştiinţă şi Tehnică“, cea mai cunoscută şi longevivă publicaţie de popularizare a ştiintelor din România
Leave a Reply