Onderzoekers van de University of Central Florida helpen de kloof tussen mens en machine te dichten.

In een onderzoek dat als omslagartikel wordt gepresenteerd en dat vandaag in het tijdschrift verschijnt wetenschappelijke vooruitgang , een UCF-onderzoeksteam toonde aan dat door twee veelbelovende nanomaterialen te combineren tot een nieuwe bovenbouw, ze zouden een apparaat op nanoschaal kunnen maken dat de neurale paden van hersencellen nabootst die worden gebruikt voor het menselijk zicht.

"Dit is een kleine stap in de richting van de ontwikkeling van neuromorfe computers, dat zijn computerprocessors die tegelijkertijd informatie kunnen verwerken en onthouden, " zei Jayan Thomas, een universitair hoofddocent in UCF's NanoScience Technology Center en Department of Materials Science and Engineering. "Dit kan zowel de verwerkingstijd als de energie die nodig is voor de verwerking verminderen. deze uitvinding kan helpen om robots te maken die kunnen denken als mensen."

Thomas leidde het onderzoek in samenwerking met Tania Roy, een assistent-professor in het NanoScience Technology Center van UCF, en anderen bij UCF's NanoScience Technology Center en het Department of Materials Science and Engineering.

Roy zei dat een potentieel gebruik van de technologie is voor reddingsacties met drones.

"Stel je een drone voor die zonder begeleiding naar afgelegen berggebieden kan vliegen en gestrande bergbeklimmers kan lokaliseren, "Zei Roy. "Vandaag de dag is het moeilijk omdat deze drones verbinding nodig hebben met externe servers om te identificeren wat ze scannen met hun camera-oog. Ons apparaat maakt deze drone echt autonoom omdat hij net als een mens kan zien."

"Eerder onderzoek creëerde een camera die het beeld vastlegde en naar een server stuurde om te worden herkend, maar onze groep creëerde een enkel apparaat dat het oog en de hersenfunctie samen nabootst, "zei ze. "Ons apparaat kan het beeld waarnemen en het ter plekke herkennen."

De truc voor de innovatie was het groeien op nanoschaal, lichtgevoelige perovskiet kwantumstippen op de tweedimensionale, atomair dik nanomateriaal grafeen. Door deze combinatie kunnen de fotoactieve deeltjes licht opvangen, zet het om in elektrische ladingen en laat de ladingen vervolgens direct overbrengen naar het grafeen, alles in één stap. Het hele proces vindt plaats op een extreem dunne film, ongeveer een tienduizendste van de dikte van een mensenhaar.

Basudev Pradhan, die een Bhaskara Advanced Solar Energy-fellow was in het laboratorium van Thomas en momenteel een assistent-professor is bij de afdeling Energie-engineering aan de Centrale Universiteit van Jharkhand in India, en Sonali Das, een postdoctoraal onderzoeker in Roy's lab, zijn gedeelde eerste auteurs van de studie.

"Vanwege de aard van de bovenbouw, het vertoont een door licht ondersteund geheugeneffect, " zei Pradhan. "Dit is vergelijkbaar met de visiegerelateerde hersencellen van mensen. De opto-elektronische synapsen die we hebben ontwikkeld, zijn zeer relevant voor door de hersenen geïnspireerde, neuromorfe computers. Dit soort bovenbouw zal zeker leiden tot nieuwe richtingen in de ontwikkeling van ultradunne opto-elektronische apparaten."

Das zei dat er ook potentiële defensietoepassingen zijn.

"Dergelijke functies kunnen ook worden gebruikt om de visie van soldaten op het slagveld te ondersteunen, "zei ze. "Verder, ons apparaat kan voelen, een afbeelding detecteren en reconstrueren, samen met een extreem laag stroomverbruik, waardoor het geschikt is voor langdurige inzet in veldtoepassingen."

Neuromorphic computing is een al lang bestaand doel van wetenschappers waarbij computers tegelijkertijd informatie kunnen verwerken en opslaan, zoals het menselijk brein doet, bijvoorbeeld, visie toe te laten. Momenteel, computers slaan informatie op en verwerken deze op aparte plaatsen, wat uiteindelijk hun prestaties beperkt.

Om het vermogen van hun apparaat om objecten te zien door middel van neuromorphic computing te testen, de onderzoekers gebruikten het in experimenten met gezichtsherkenning, zei Tomas.

"Het gezichtsherkenningsexperiment was een voorlopige test om onze opto-elektronische neuromorfische computers te controleren, Thomas zei. "Omdat ons apparaat zichtgerelateerde hersencellen nabootst, gezichtsherkenning is een van de belangrijkste tests voor onze neuromorfe bouwsteen."

Ze ontdekten dat hun apparaat de portretten van vier verschillende mensen met succes kon herkennen.

De onderzoekers zeiden dat ze van plan zijn hun samenwerking voort te zetten om het apparaat te verfijnen, inclusief het gebruik ervan om een ​​systeem op circuitniveau te ontwikkelen.