Vandaag, machine learning doordringt het dagelijks leven, met miljoenen gebruikers die elke dag hun telefoons ontgrendelen via gezichtsherkenning of door AI-geactiveerde geautomatiseerde beveiligingscontroles op luchthavens en treinstations. Deze taken zijn mogelijk dankzij sensoren die optische informatie verzamelen en naar een neuraal netwerk in een computer sturen.

Wetenschappers in China hebben een nieuw optisch AI-circuit op nanoschaal gepresenteerd dat is getraind om niet-aangedreven volledig optische inferentie uit te voeren met de snelheid van het licht voor verbeterde authenticatie-oplossingen. Door slimme optische apparaten te combineren met beeldsensoren, het systeem voert gemakkelijk complexe functies uit, het bereiken van een neurale dichtheid gelijk aan 1/400ste van die van het menselijk brein en een rekenkracht die meer dan 10 ordes van grootte hoger is dan die van elektronische processors.

Stelt u zich eens voor dat u de sensoren in alledaagse apparaten in staat stelt om kunstmatige-intelligentiefuncties uit te voeren zonder een computer, net zo eenvoudig als het opzetten van een bril. De geïntegreerde holografische perceptrons ontwikkeld door het onderzoeksteam van de Universiteit van Shanghai voor Wetenschap en Technologie onder leiding van professor Min Gu, een buitenlands lid van de Chinese Academy of Engineering, kan dat waarmaken. In de toekomst, de neurale dichtheid zal naar verwachting 10 keer die van het menselijk brein zijn.

Hoe het werkt

traditioneel, visuele informatie wordt vertaald in elektronische informatie, die vervolgens wordt verwerkt door energieverslindende hardware. De technologie die het team van professor Gu heeft ontwikkeld, slaat deze vertaalstap over en verwerkt de optische informatie direct en zonder stroomverbruik.

Elena Goi, de eerste auteur van het gepubliceerde artikel en een belangrijk lid van Prof Gu's team, zei dat de verwerking van optische informatie mogelijk wordt gemaakt door ultramoderne nanofabricage.

"Door gebruik te maken van zeer nauwkeurige 3D-nanofabricagetechnologie, we zijn in staat om optische AI-elementen toe te voegen aan industriestandaard beeldsensoren. Dit is te vergelijken met het zetten op maat, taakspecifieke slimme bril op de beeldsensoren, die de binnenkomende optische informatie verwerken voordat deze zelfs maar wordt gedetecteerd."

Gevolg

Met behulp van een ultramoderne laser 3D-nanoprinttechnologie, de onderzoekers fabriceerden optische perceptrons met een neurondichtheid van meer dan 500 miljoen neuronen per vierkante centimeter. De grootte van deze slimme optische elementen op nanoschaal duwt de bovengrens voor de rekenkracht voor de nanogedrukte decryptors ligt op 400 ExaFLOPS (10 ¹⁸ SCHOPPEN, drijvende bewerkingen per seconde), een toename van de bewerkingen per seconde van vijf ordes van grootte in vergelijking met geïntegreerde fotonische hardware.

Door de perceptrons rechtstreeks op CMOS-beeldvormingschips te printen, Goi zei, het is mogelijk om AI optische schakelingen te realiseren, die niet alleen beter presteren dan de huidige optische methoden, maar tonen het potentieel voor toepassing in een breed scala van gebieden, van veiligheidscontrole, medische diagnostiek, automatisch rijden, satellietbeeldverwerking, enzovoort.

Volgens professor Gu, deze technologie zal een hele nieuwe familie van energiezuinige, AI-compatibele edge-apparaten voor het verwerken van optische informatie. Dit is met name van belang voor toepassingen waar het energieverbruik van cruciaal belang is of de dataconnectiviteit beperkt is, bijvoorbeeld, slimme detectieapparaten in afgelegen gebieden of slimme sensoren voor langdurige inzet.