कृत्रिम बुद्धिमत्ता और स्वायत्त प्रणालियों में प्रगति ने हाल के वर्षों में कृत्रिम दृष्टि प्रणालियों (एवीएस) में रुचि बढ़ा दी है। कृत्रिम दृष्टि मशीनों को उनके आस-पास की दुनिया को "देखने", व्याख्या करने और प्रतिक्रिया करने की अनुमति देती है, ठीक उसी तरह जैसे मनुष्य करते हैं जब हम किसी ऐसी स्थिति पर प्रतिक्रिया करते हैं जिसे हम बदलते हुए देख सकते हैं - उदाहरण के लिए, गाड़ी चलाते समय हमारे सामने एक कार ब्रेक लगा रही है।
ये "मशीन आँखें" कैमरे और सेंसर का उपयोग करके अपने आसपास की दुनिया की तस्वीरें खींचती हैं। जटिल कंप्यूटिंग एल्गोरिदम फिर इन छवियों को संसाधित करते हैं, जिससे मशीनें वास्तविक समय में अपने परिवेश का विश्लेषण कर सकती हैं और किसी भी बदलाव या खतरे (उनके इच्छित अनुप्रयोग के आधार पर) पर प्रतिक्रिया प्रदान कर सकती हैं।
एवीएस का उपयोग चेहरे की पहचान, स्वायत्त वाहन और दृश्य प्रोस्थेटिक्स (कृत्रिम आंखें) सहित कई क्षेत्रों में किया गया है। स्वायत्त वाहनों और उच्च तकनीक अनुप्रयोगों के लिए एवीएस अच्छी तरह से स्थापित हो गए हैं। हालाँकि, मानव शरीर की जटिल प्रकृति दृश्य प्रोस्थेटिक्स को अधिक चुनौतीपूर्ण बनाती है, क्योंकि अत्याधुनिक एवीएस में जैविक समकक्षों के समान बहुक्रियाशीलता और आत्म-नियमन का स्तर नहीं होता है जिसकी वे नकल करते हैं।
आज उपयोग में आने वाले कई एवीएस को कार्य करने के लिए कई घटकों की आवश्यकता होती है - कोई भी फोटोरिसेप्टिव डिवाइस नहीं है जो कई कार्य कर सके। इसका मतलब यह है कि बहुत सारे डिज़ाइन आवश्यकता से अधिक जटिल हैं, जिससे उन्हें व्यावसायिक रूप से कम व्यवहार्य और निर्माण करना कठिन हो जाता है। हनलिन वांग, युंकी लियू और सहयोगियों पर चीनी विज्ञान अकादमी अब जैविक प्रोस्थेटिक्स के लिए बहुक्रियाशील फोटोरिसेप्टर बनाने के लिए नैनोक्लस्टर का उपयोग कर रहे हैं, अपने निष्कर्षों की रिपोर्ट कर रहे हैं संचार प्रकृति.
मैंटिस झींगा से प्रेरित
मेंटिस झींगा की दृश्य प्रणाली एक साथ कई कार्य करने के लिए 16 फोटोरिसेप्टर का उपयोग करती है, जिसमें रंग पहचान, अनुकूली दृष्टि और गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश की धारणा शामिल है। प्रकृति अक्सर उन चीजों को करने में सक्षम होती है जिन्हें वैज्ञानिक केवल सिंथेटिक स्तर पर हासिल करने का सपना देख सकते हैं, बायोमिमिक्री एक लोकप्रिय दृष्टिकोण बन गया है। और चूंकि मेंटिस झींगा के प्राकृतिक फोटोरिसेप्टर में कई वांछनीय गुण होते हैं, इसलिए शोधकर्ताओं ने नैनोक्लस्टर का उपयोग करके कृत्रिम रूप से उनके गुणों की नकल करने का प्रयास किया है।
नैनोक्लस्टर धातु के परमाणु होते हैं जो सुरक्षात्मक लिगेंड से जुड़े होते हैं। यह एक अनुकूलनीय दृष्टिकोण है जो ट्यून करने योग्य भौतिक गुणों को जन्म देता है, जैसे क्वांटम आकार के प्रभावों के कारण अलग-अलग ऊर्जा स्तर और बड़े बैंडगैप। नैनोक्लस्टर उत्कृष्ट फोटॉन-टू-इलेक्ट्रॉन रूपांतरण भी प्रदान करते हैं, जो उन्हें कृत्रिम फोटोरिसेप्टर डिवाइस बनाने के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण बनाता है।
वांग बताते हैं, "मूर के नियम की निरंतरता के लिए नैनोक्लस्टर को अगली पीढ़ी की सामग्री माना जाता है।" भौतिकी की दुनिया. "हालांकि, नैनोक्लस्टर-आधारित उपकरणों के प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य निर्माण और फोटोइलेक्ट्रिक व्यवहार जैसे बुनियादी वैज्ञानिक मुद्दे अस्पष्ट और अज्ञात बने हुए हैं।"
एक कृत्रिम नैनोक्लस्टर फोटोरिसेप्टर
मेंटिस झींगा से प्रेरित होकर, वांग और उनके सहयोगियों ने नैनोक्लस्टर फोटोरिसेप्टर बनाए और उन्हें जैविक एवीएस के लिए कॉम्पैक्ट, मल्टी-टास्क विज़न हार्डवेयर के रूप में उपयोग किया। "इस शोध में, हम नैनोक्लस्टर-एम्बेडेड कृत्रिम फोटोरिसेप्टर प्रस्तुत करते हैं जो फोटोएडेप्टेशन और गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश दृष्टि की क्षमता को जोड़ते हैं," वांग बताते हैं।
एवीएस बनाने के लिए, टीम ने चिरल सिल्वर नैनोक्लस्टर और एक कार्बनिक अर्धचालक (पेंटासीन) के हेटरोस्ट्रक्चर के आधार पर एक वेफर-स्केल नैनोक्लस्टर फोटोरिसेप्टर सरणी तैयार की। नैनोक्लस्टर की कोर-शेल प्रकृति उन्हें एक प्रकाश वाल्व तंत्र के माध्यम से कृत्रिम फोटोरिसेप्टर के संचालन स्तर को ट्यून करने के लिए इन-सेंसर चार्ज जलाशय के रूप में कार्य करने की अनुमति देती है। यह फोटोरिसेप्टर प्रणाली को आपतित फोटॉन की तरंग दैर्ध्य और तीव्रता दोनों निर्धारित करने की अनुमति देता है।
जब सरणी पर कार्बनिक अर्धचालक सामग्री के साथ इंटरफेस किया जाता है, तो नैनोक्लस्टर इंटरफ़ेस पर एक लिगैंड-असिस्टेड चार्ज ट्रांसफर प्रक्रिया होती है। कोर-शेल संरचना में सुरक्षात्मक लिगेंड एक पारगमन मार्ग प्रदान करते हैं जो नैनोक्लस्टर को कार्बनिक अर्धचालक से जोड़ता है। यह फेमटोसेकंड-स्केल प्रक्रिया वर्णक्रमीय-निर्भर दृश्य अनुकूलन और परिपत्र ध्रुवीकरण मान्यता दोनों की सुविधा प्रदान करती है।
वांग कहते हैं, "हमने नैनोक्लस्टर फिल्म और कार्बनिक अर्धचालकों के बीच एक समान इंटरफेस के वेफर-स्केल निर्माण को संबोधित किया है, जो नैनोस्केल फुटप्रिंट के साथ कृत्रिम फोटोरिसेप्टर के उच्च घनत्व एकीकरण के लिए मौलिक प्रदान करता है।"
नैनोक्लस्टर और कार्बनिक अर्धचालक के बीच का इंटरफ़ेस अनुकूली दृष्टि प्रदान करता है, जिससे ट्यून करने योग्य कैनेटीक्स के साथ कई कार्यों को प्राप्त किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, नैनोक्लस्टर चिरल होने के कारण गोलाकार ध्रुवीकरण की जानकारी प्राप्त की जा सकती है। जैसे, टीम ने नैनोक्लस्टर विकसित किए हैं जो रंग दृष्टि, फोटोएडेप्टेशन और गोलाकार ध्रुवीकरण दृष्टि को एक एकल फोटोडिटेक्टर सिस्टम में जोड़ते हैं।
मेंटिस झींगा हाइपरस्पेक्ट्रल और पोलारिमेट्रिक लाइट सेंसर को प्रेरित करता है
जैविक पहचान अनुप्रयोगों के लिए कई दृष्टि कार्यों को एक ही प्रणाली में संयोजित करने की यह क्षमता हासिल करना एक कठिन उपलब्धि है, क्योंकि पिछले दृष्टिकोणों को इस एकल ऑप्टो-इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली के समान कार्य करने के लिए कई घटकों पर निर्भर रहना पड़ता था। टीम का दृष्टिकोण न्यूरोमॉर्फिक उपकरणों और जैविक दृष्टि से संबंधित एआई हार्डवेयर के लिए सरल और अधिक मजबूत दृष्टि हार्डवेयर बनाने में मदद कर सकता है।
हनलिन कहते हैं, "कृत्रिम नैनोक्लस्टर फोटोरिसेप्टर एक एकल इकाई कोशिका में सभी-में-एक एकाधिक दृश्य कार्य करते हैं।" “उनमें से, फोटोएडेप्टेशन को ट्रिगर किया जा सकता है और 0.45 सेकेंड के भीतर निष्पादित किया जा सकता है, इसकी सटीकता 99.75% तक पहुंच जाती है। यह मौजूदा साहित्य की तुलना में उच्चतम प्रदर्शन है और मानव दृश्य प्रणालियों से बेहतर प्रदर्शन करता है - जो लगभग 1 मिनट है।
इसके बाद, शोधकर्ताओं का लक्ष्य नैनोक्लस्टर/ऑर्गेनिक सेमीकंडक्टर इंटरफ़ेस पर फोटोएडेप्टेशन स्विचिंग दरों को 0.45 सेकेंड से अधिक बढ़ाना है। "भविष्य में, हम चार्ज ट्रांसफर गतिशीलता की विशेषताओं की जांच करेंगे और तेजी से नैनोक्लस्टर-एम्बेडेड न्यूरोमोर्फिक सिस्टम का उत्पादन करेंगे," वांग ने निष्कर्ष निकाला।
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- स्रोत: https://physicsworld.com/a/shrimp-inspired-nanoclusters-enable-multifunctional-artificial-vision-systems/
