Ein Forschungsteam unter der Leitung von Associate Professor Takashi Ikuno von der Tokyo University of Science hat eine künstliche Synapse entwickelt, die die Verarbeitung visueller Informationen durch KI am Netzwerkrand revolutionieren könnte.
Die am 12. Mai 2025 in Scientific Reports veröffentlichte bahnbrechende Entwicklung kombiniert zwei verschiedene Farbstoff-sensibilisierte Solarzellen, die unterschiedlich auf verschiedene Lichtwellenlängen reagieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen optoelektronischen künstlichen Synapsen, die externe Energiequellen benötigen, erzeugt diese Synapse ihren Strom durch Solarenergieumwandlung und eignet sich damit besonders für Edge-Computing-Anwendungen, bei denen Energieeffizienz entscheidend ist.
Das System kann Farben mit einer Auflösung von 10 Nanometern über das sichtbare Spektrum hinweg unterscheiden und erreicht damit nahezu das Diskriminationsvermögen des menschlichen Auges. Es zeigt bipolare Reaktionen: Unter blauem Licht wird eine positive Spannung erzeugt, unter rotem Licht eine negative Spannung. Dadurch kann das System komplexe logische Operationen ohne zusätzliche Schaltkreise ausführen.
„Wir sind überzeugt, dass diese Technologie zur Realisierung von energieeffizienten maschinellen Sehsystemen mit einer Farberkennungsfähigkeit nahe der des menschlichen Auges beitragen wird“, erklärt Dr. Ikuno. Das Team demonstrierte die Fähigkeiten des Geräts, indem es dieses in einem physikalischen Reservoir-Computing-Framework zur Erkennung verschiedener menschlicher Bewegungen einsetzte, die in Rot, Grün und Blau aufgezeichnet wurden. Dabei wurde eine beeindruckende Genauigkeit von 82 % bei der Klassifizierung von 18 verschiedenen Kombinationen aus Farben und Bewegungen mit nur einem einzigen Gerät erzielt.
Die Implikationen dieser Forschung erstrecken sich über zahlreiche Branchen. In autonomen Fahrzeugen könnten solche Geräte eine effizientere Erkennung von Ampeln, Verkehrsschildern und Hindernissen ermöglichen. Im Gesundheitswesen könnten sie tragbare Geräte antreiben, die Vitalparameter wie den Blutsauerstoffgehalt mit minimalem Batterieverbrauch überwachen. Für die Unterhaltungselektronik könnte diese Technologie zu Smartphones und Augmented-Reality-Headsets mit deutlich verlängerter Akkulaufzeit führen, ohne auf anspruchsvolle visuelle Erkennungsfunktionen zu verzichten.
Da Edge Computing weiter an Bedeutung gewinnt und Gartner prognostiziert, dass bis 2025 rund 75 % aller Unternehmensdaten am Netzwerkrand verarbeitet werden, sind Innovationen wie diese selbstversorgende künstliche Synapse entscheidend, um KI-Fähigkeiten auch in ressourcenbeschränkten Umgebungen zu ermöglichen.