התקדמות בבינה מלאכותית ומערכות אוטונומיות עוררה עניין גובר במערכות ראייה מלאכותיות (AVS) בשנים האחרונות. ראייה מלאכותית מאפשרת למכונות "לראות", לפרש ולהגיב לעולם הסובב אותן, בדומה לבני אדם כאשר אנו מגיבים למצב שאנו יכולים לראות משתנה - מכונית בולמת לפנינו בעת נהיגה, למשל.
"עיני המכונה" הללו לוכדות תמונות מהעולם הסובב אותן באמצעות מצלמות וחיישנים. לאחר מכן, אלגוריתמי מחשוב מורכבים מעבדים את התמונות הללו, ומאפשרים למכונות לנתח את סביבתן בזמן אמת ולספק מענה לכל שינוי או איומים (בהתאם ליישום המיועד להן).
AVSs שימשו בתחומים רבים, כולל זיהוי פנים, רכבים אוטונומיים ותותבות ראייה (עיניים מלאכותיות). AVSs לרכבים אוטונומיים ויישומי היי-טק הפכו מבוססים היטב. עם זאת, האופי המורכב של גוף האדם הופך את התותבות החזותיות למאתגרות יותר, מכיוון שמכשירי AVS חדישים אינם בעלי אותה רמה של רב-תכליתיות וויסות עצמי כמו המקבילים הביולוגיים שהם מחקים.
AVS רבים הנמצאים בשימוש כיום דורשים מספר רכיבים כדי לתפקד - אין התקנים קולטי צילום שיכולים לבצע מספר פונקציות. משמעות הדבר היא שהרבה מהעיצובים מורכבים יותר ממה שהם צריכים להיות, מה שהופך אותם פחות סבירים מבחינה מסחרית וקשים יותר לייצור. הנלין וואנג, יונקי ליו ועמיתים במשרד האקדמיה הסינית למדעים כעת משתמשים בננו-צבירים ליצירת קולטני פוטו רב-תכליתיים עבור תותבות ביולוגיות, ומדווחים על ממצאיהם ב תקשורת טבע.
בהשראת שרימפס הגמל שלמה
מערכת הראייה של שרימפס גמל שלמה משתמשת ב-16 קולטני אור כדי לבצע מספר משימות בו זמנית, כולל זיהוי צבעים, ראייה אדפטיבית ותפיסה של אור מקוטב מעגלי. כשהטבע מסוגל לעתים קרובות לעשות דברים שמדענים יכלו רק לחלום על השגת ברמה סינתטית, ביומימיקה הפכה לגישה פופולרית. ומכיוון שלשרימפס שלמה יש תכונות רצויות רבות בקולטני הפוטו הטבעיים שלהם, חוקרים ניסו לחקות את תכונותיהם באופן מלאכותי באמצעות ננו-צבירים.
ננו-צבירים הם אטומי מתכת המחוברים לליגנדים מגנים. זוהי גישה ניתנת להתאמה המולידה תכונות פיזיקליות הניתנות לכיוונון, כגון רמות אנרגיה בדידות ופערים גדולים של פסים עקב השפעות גודל קוונטיות. ננו-צבירים מציעים גם המרה מצוינת של פוטון לאלקטרון, מה שהופך אותם לגישה מבטיחה ליצירת התקני קולטנים מלאכותיים.
"ננו-צבירים נחשבים לחומרי הדור הבא להמשך חוק מור", אומר וואנג עולם הפיזיקה. "עם זאת, סוגיות מדעיות בסיסיות כמו ייצור שניתן לשחזור של מכשירים מבוססי ננו-צבירים והתנהגות פוטו-אלקטרית נותרו מעורפלים ולא נחקרו."
קולטן ננו-צביר מלאכותי
בהשראת שרימפס הגמל, וואנג ועמיתיו יצרו קולטני צילום ננו-צביר והשתמשו בהם כחומרת ראייה קומפקטית מרובת משימות עבור AVSs ביולוגיים. "במחקר זה, אנו מציגים קולטני פוטו מלאכותיים המוטבעים בננו-צבירים המשלבים את היכולת של הסתגלות צילום וראיית אור מקוטבת מעגלית", מסביר וואנג.
כדי ליצור את ה-AVS, הצוות ייצר מערך קולטני ננו-צביר בקנה מידה רקיק המבוסס על הטרומבנה של ננו-צבירי כסף כיראליים ומוליך למחצה אורגני (פנטאצן). אופי הליבה-קליפה של הננו-צבירים מאפשר להם לפעול כמאגר מטען בתוך החיישן כדי לכוון את רמות המוליכות של קולטני הפוטו המלאכותיים באמצעות מנגנון שסתום אור. זה מאפשר למערכת הפוטורצפטור לקבוע הן את אורך הגל והן את עוצמת הפוטונים המתרחשים.
בעת ממשק עם החומר המוליך למחצה האורגני על המערך, תהליך העברת מטען בסיוע ליגנד מתרחש בממשק הננו-צביר. הליגנדים המגנים במבנה הליבה-קליפה מספקים מסלול התמרה המקשר את הננו-צבירים למוליך למחצה האורגני. תהליך זה בקנה מידה פמט-שניות מקל הן הסתגלות חזותית תלויה בספקטרלית והן זיהוי קיטוב מעגלי.
"התייחסנו לייצור בקנה מידה רקיק של ממשק אחיד בין סרט ננו-צביר לבין מוליכים למחצה אורגניים, המספקים בסיס לאינטגרציה בצפיפות גבוהה של קולטני פוטו מלאכותיים עם טביעות רגליים בקנה מידה ננו," אומר וואנג.
הממשק בין הננו-צביר לבין המוליך למחצה האורגני מספק את הראייה האדפטיבית, המאפשרת להשיג פונקציות מרובות עם קינטיקה ניתנת לכיוון. בנוסף, ניתן לקבל מידע על קיטוב מעגלי בגלל שהננו-צבירים כיראליים. ככזה, הצוות פיתח ננו-צבירים המשלבים ראיית צבע, התאמה לצילום וראיית קיטוב מעגלית למערכת פוטו-גלאי אחת.
שרימפס שלמה משרה חיישן אור היפרספקטרלי ופולארימטרי
היכולת הזו לשלב פונקציות ראייה מרובות למערכת אחת ליישומי זיהוי ביולוגי היא הישג קשה להשגה, כאשר גישות קודמות נאלצו להסתמך על מספר רכיבים כדי לעשות את אותה עבודה כמו מערכת אופטו-אלקטרונית יחידה זו. הגישה של הצוות יכולה לעזור לבנות חומרת ראייה פשוטה וחזקה יותר עבור מכשירים נוירומורפיים וחומרת AI הקשורה לראייה ביולוגית.
"קולטנים מלאכותיים של ננו-צביר מבצעים הכל-באחד פונקציות חזותיות מרובות לתא יחידה אחת", אומר הנלין. "ביניהם, ניתן להפעיל ולבצע פוטואדפטציה תוך 0.45 שניות, כשהדיוק שלו מגיע ל-99.75%. זהו הביצוע הגבוה ביותר בהשוואה לספרות הקיימת ועולה על מערכות הראייה האנושיות - שזה בערך 1 דקה".
בשלב הבא, החוקרים שואפים להגדיל את קצבי מיתוג הפוטו-אדפטציה מעבר ל-0.45 שניות בממשק ננו-צביר/מוליכים למחצה אורגני. "בעתיד, נחקור את המאפיינים של דינמיקה של העברת מטען ונייצר מערכות נוירומורפיות מהירות יותר משובצות ננו-צבירים", מסכם וואנג.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://physicsworld.com/a/shrimp-inspired-nanoclusters-enable-multifunctional-artificial-vision-systems/