حسگری فراتر از چشم انسان؛ تحول چشمگیر چین در بینایی مصنوعی با استفاده از فناوری نانو

در یک دستاورد شگفت‌انگیز، تیم پژوهشی دانشگاه فوجو واقع در چین موفق به طراحی حسگری به الهام از عملکرد چشم انسان شده است که توانایی پاسخگویی فوق‌العاده به تغییرات شدید نور را دارد.

این حسگر بر اساس فناوری نقاط کوانتومی (Quantum Dot) توسعه داده شده که قابلیت تبدیل نور به سیگنال‌های الکتریکی را به شکل بهینه‌ای فراهم می‌کند و به این ترتیب می‌تواند بینایی ماشین‌ها را به سطحی بسیار فراتر از چشم انسان ارتقاء دهد.

به نقل از ایتنا و گزارش The Verge، چشم انسان به عنوان نمونه‌ای استثنایی از تطبیق‌پذیری شناخته می‌شود که می‌تواند در عرض چند ثانیه از مناطق کم‌نور به نور شدید انتقال یابد. این عملکرد به خاطر ساختار پیچیده شبکیه، اعصاب بینایی و ناحیه بینایی مغز میسر می‌گردد.

تلاش برای بازتولید این سطح از تطبیق‌پذیری در سیستم‌های ماشینی همواره چالش بزرگی بوده است، چرا که این سیستم‌ها نیازمند پردازش حجم وسیعی از داده‌ها هستند که خود به مصرف بالای انرژی منجر می‌شود و واکنش‌ها در شرایط نوری متغیر به کندی می‌رسد.

دستاورد اصلی این پژوهش، طراحی یک حسگر با «هوش نوری یکپارچه» است که به جای افزایش قدرت پردازش، به شبیه‌سازی رفتار چشم انسان پرداخته است. در قلب این فناوری، نقاط کوانتومی سولفید سرب قرار دارند؛ ساختارهای نیمه‌رسانای نانومتری که قابلیت جذب و آزادسازی بارهای الکتریکی را به صورت پویا و متناسب با شدت نور دارند. این حسگر می‌تواند در مدت زمان ۴۰ ثانیه به تغییرات شدید نوری پاسخ دهد که در برخی از حالات سریع‌تر از چشم انسان عمل می‌کند.

ویژگی بارز دیگر این حسگر، پردازش داده‌ها در محل دریافت اطلاعات است. بر خلاف سیستم‌های معمول که همه اطلاعات بصری به یک کامپیوتر مرکزی ارسال می‌شود، این حسگر قادر است داده‌های کلیدی را انتخاب و بهینه‌سازی کند؛ به شیوه‌ای مشابه با فرآیند انتخاب سیگنال‌ها در مغز که موجب کاهش بار پردازش، صرفه‌جویی در انرژی و افزایش سرعت واکنش‌ها می‌شود. این پیشرفت برای خودروهای خودران، ربات‌ها و ماشین‌آلات پیشرفته دارای اهمیت بالایی است.

در زمینه‌های کاربردی، این حسگر می‌تواند به خودروهای خودران یاری رساند تا زمان خروج از تونل‌های تاریک، به نور شدید خورشید واکنش سریع‌تری نشان دهند و موانع را با دقت بیشتری تشخیص دهند. همچنین ربات‌های صنعتی در محیط‌هایی با نور متغیر، با دیدی پایدارتر و واکنش سریع‌تر فعالیت خواهند کرد. برای ربات‌های اکتشافی زیرآبی، فضایی یا زمینی، توانایی دید گسترده و با کیفیت این حسگر می‌تواند تعیین‌کننده موفقیت یا شکست مأموریت باشد.

اگرچه این فناوری در حال حاضر در مرحله آزمایش قرار دارد، گروه تحقیقاتی قصد دارد با توسعه شبکه‌ای از حسگرهای متصل و ادغام هوش مصنوعی، میدان دید وسیع‌تری همراه با پردازش پیشرفته‌تری به ارمغان آورد. این ترکیب از الهام زیستی، نانوفناوری و الگوریتم‌های هوشمند، مژده‌دهنده ورود به دوره‌ای نوین در بینایی ماشینی است که در آن ماشین‌ها نه تنها قادر به دریافت نور هستند، بلکه می‌توانند آن را به شیوه‌ای انسانی درک کنند. جزئیات این تحقیق در مجله Applied Physics Letters منتشر شده و به یقین آینده بینایی ماشین را متحول خواهد ساخت.