Zephyrnet Logosu

Karideslerden ilham alan nanokümeler, çok işlevli yapay görüş sistemlerine olanak sağlıyor - Fizik Dünyası

Tarih:

<a data-fancybox data-src="https://zephyrnet.com/wp-content/uploads/2024/04/shrimp-inspired-nanoclusters-enable-multifunctional-artificial-vision-systems-physics-world.jpg" data-caption="Biyolojiden ilham alan cihaz Solda: peygamber devesi karidesinin görsel sisteminin şeması. Sağda: kiral gümüş nanokümeleri ve organik yarı iletken pentasen bazlı yapay fotoreseptör. (Nezaket: CC BY 4.0/Nat. Commun. 10.1038/s41467-024-46646-5)” title=”Resmi açılır pencerede açmak için tıklayın” href=”https://zephyrnet.com/wp-content/uploads/2024/04/shrimp-inspired-nanoclusters-enable- çok işlevli-yapay-görüş-sistemleri-fizik-dünya.jpg”>Mantis karidesi görsel sistemi ve yapay nanoküme fotoreseptör

Yapay zeka ve otonom sistemlerdeki gelişmeler, son yıllarda yapay görme sistemlerine (AVS) olan ilginin artmasını tetikledi. Yapay görme, makinelerin etraflarındaki dünyayı "görmelerine", yorumlamalarına ve tepki vermelerine olanak tanır; tıpkı insanların, değiştiğini görebildiğimiz bir duruma (örneğin, araba sürerken önümüzde fren yapan bir arabaya) tepki verdiğimizde yaptığı gibi.

Bu "makine gözleri", kameraları ve sensörleri kullanarak çevrelerindeki dünyadan görüntüler yakalar. Karmaşık bilgi işlem algoritmaları daha sonra bu görüntüleri işleyerek makinelerin çevrelerini gerçek zamanlı olarak analiz etmelerini ve herhangi bir değişiklik veya tehdide (amaçlanan uygulamaya bağlı olarak) yanıt vermelerini sağlar.

AVS'ler yüz tanıma, otonom araçlar ve görsel protezler (yapay gözler) dahil olmak üzere birçok alanda kullanılıyor. Otonom araçlara ve yüksek teknoloji uygulamalarına yönelik AVS'ler iyice yerleşmiştir. Bununla birlikte, insan vücudunun karmaşık doğası, görsel protezleri daha zorlu hale getiriyor çünkü en son teknolojiye sahip AVS'ler, taklit ettikleri biyolojik benzerleriyle aynı düzeyde çok işlevliliğe ve kendi kendini düzenlemeye sahip değil.

Günümüzde kullanımda olan birçok AVS'nin çalışması için birden fazla bileşene ihtiyaç vardır; birden fazla işlevi yerine getirebilecek herhangi bir fotoreseptif cihaz yoktur. Bu, birçok tasarımın olması gerekenden daha karmaşık olduğu, ticari açıdan daha az uygulanabilir olduğu ve imalatlarının daha zor olduğu anlamına geliyor. Hanlin Wang, Yunqi Liu ve meslektaşları Çin Bilimler Akademisi artık biyolojik protezler için çok işlevli fotoreseptörler oluşturmak amacıyla nanokümeler kullanıyor ve bulgularını şu şekilde rapor ediyor: Doğa İletişim.

Mantis karidesinden ilham alındı

Bir peygamber devesi karidesinin görsel sistemi, renk tanıma, uyarlanabilir görme ve dairesel polarize ışığın algılanması dahil olmak üzere birden fazla görevi aynı anda gerçekleştirmek için 16 fotoreseptör kullanır. Doğanın çoğu zaman bilim adamlarının sentetik düzeyde başarmayı hayal bile edemeyeceği şeyleri yapabilmesi nedeniyle biyomimikri popüler bir yaklaşım haline geldi. Mantis karideslerinin doğal fotoreseptörlerinde arzu edilen pek çok özellik bulunduğundan, araştırmacılar nanokümeler kullanarak bunların özelliklerini yapay olarak taklit etmeye çalıştılar.

Nanokümeler koruyucu ligandlara bağlanan metal atomlarıdır. Bu, ayrık enerji seviyeleri ve kuantum boyutu etkilerinden dolayı büyük bant aralıkları gibi ayarlanabilir fiziksel özelliklere yol açan uyarlanabilir bir yaklaşımdır. Nanokümeler ayrıca mükemmel foton-elektron dönüşümü sunarak onları yapay fotoreseptör cihazları oluşturmak için umut verici bir yaklaşım haline getiriyor.

Wang, "Nanokümeler Moore Yasasının devamı için yeni nesil materyaller olarak değerlendiriliyor" dedi. Fizik dünyası. "Ancak nanoküme tabanlı cihazların tekrarlanabilir üretimi ve fotoelektrik davranış gibi temel bilimsel konular belirsiz ve keşfedilmemiş olarak kaldı."

Yapay bir nanoküme fotoreseptör

Mantis karidesinden ilham alan Wang ve meslektaşları, nanoküme fotoreseptörler yarattılar ve bunları biyolojik AVS'ler için kompakt, çok görevli görme donanımı olarak kullandılar. Wang, "Bu araştırmada, fotoadaptasyon ve dairesel polarize ışık görüşünü birleştiren nanoküme gömülü yapay fotoreseptörler sunuyoruz" diye açıklıyor.

AVS'yi oluşturmak için ekip, kiral gümüş nanokümelerin ve organik bir yarı iletkenin (pentasen) heteroyapısına dayanan, levha ölçeğinde bir nanoküme fotoreseptör dizisi üretti. Nanokümelerin çekirdek-kabuk yapısı, yapay fotoreseptörlerin iletkenlik seviyelerini bir ışık valfi mekanizması aracılığıyla ayarlamak için sensör içi şarj rezervuarı olarak hareket etmelerine olanak tanır. Bu, fotoreseptör sisteminin gelen fotonların hem dalga boyunu hem de yoğunluğunu belirlemesine olanak tanır.

Dizi üzerindeki organik yarı iletken malzeme ile arayüz oluşturulduğunda, nanoküme arayüzünde ligand destekli bir yük transfer işlemi gerçekleşir. Çekirdek-kabuk yapısındaki koruyucu ligandlar, nanokümeleri organik yarı iletkene bağlayan bir iletim yolu sağlar. Bu femtosaniye ölçeğindeki süreç, hem spektral bağımlı görsel adaptasyonu hem de dairesel polarizasyon tanımayı kolaylaştırır.

Wang, "Bir nanoküme film ile organik yarı iletkenler arasında tekdüze bir arayüzün levha ölçeğinde üretimini ele aldık ve yapay fotoreseptörlerin nano ölçekli ayak izleriyle yüksek yoğunluklu entegrasyonu için bir temel sağladık" diyor.

Nanoküme ile organik yarı iletken arasındaki arayüz, ayarlanabilir kinetiklerle birden fazla fonksiyonun elde edilmesini sağlayan uyarlanabilir görüş sağlar. Ayrıca nanokümelerin kiral olması nedeniyle dairesel polarizasyon bilgisi elde edilebilmektedir. Bu nedenle ekip, renkli görmeyi, fotoadaptasyonu ve dairesel polarizasyon görüşünü tek bir fotodetektör sisteminde birleştiren nanokümeler geliştirdi.

Biyolojik tanıma uygulamaları için birden fazla görme fonksiyonunu tek bir sistemde birleştirme yeteneği, elde edilmesi zor bir başarıdır; önceki yaklaşımlar, bu tek opto-elektronik sistemle aynı işi yapmak için birden fazla bileşene dayanmak zorundaydı. Ekibin yaklaşımı, nöromorfik cihazlar ve biyolojik görmeyle ilgili yapay zeka donanımı için daha basit ve daha sağlam görme donanımı oluşturmaya yardımcı olabilir.

Hanlin, "Yapay nanoküme fotoreseptörler, hepsi bir arada çoklu görsel işlevleri tek bir birim hücrede gerçekleştiriyor" diyor. “Bunların arasında fotoadaptasyon 0.45 saniyede tetiklenip gerçekleştirilebiliyor ve doğruluğu %99.75’e ulaşıyor. Bu, mevcut literatürle karşılaştırıldığında en yüksek performanstır ve yaklaşık 1 dakika süren insan görsel sistemlerinden daha iyi performans gösterir.

Daha sonra araştırmacılar, nanoküme/organik yarı iletken arayüzünde fotoadaptasyon anahtarlama oranlarını 0.45 saniyenin üzerine çıkarmayı hedefliyor. Wang, "Gelecekte yük aktarım dinamiklerinin özelliklerini araştıracağız ve daha hızlı nanoküme gömülü nöromorfik sistemler üreteceğiz" diye bitiriyor.

spot_img

En Son İstihbarat

spot_img