Ein Forschungsteam unter der Leitung von Associate Professor Takashi Ikuno von der Tokyo University of Science hat eine künstliche Synapse entwickelt, die das maschinelle Sehen grundlegend verändern könnte. Ihre Innovation, veröffentlicht am 12. Mai 2025 in Scientific Reports, imitiert das menschliche Farbsehen und kommt dabei ohne externe Energiequellen aus.
Im Gegensatz zu herkömmlichen maschinellen Sehsystemen, die jedes Detail erfassen und verarbeiten und dafür viel Strom und Rechenleistung benötigen, arbeitet dieses neue Gerät eher wie das menschliche Auge. Durch die Integration zweier unterschiedlicher Farbstoff-sensibilisierter Solarzellen, die jeweils unterschiedlich auf verschiedene Lichtwellenlängen reagieren, erzeugt die künstliche Synapse ihren eigenen Strom mittels Solarenergieumwandlung und kann dabei Farben mit bemerkenswerter Präzision unterscheiden.
Das System erkennt Farbunterschiede mit einer Auflösung von 10 Nanometern über das sichtbare Spektrum – und nähert sich damit den Fähigkeiten des menschlichen Sehens an. Es zeigt zudem bipolare Reaktionen: Unter blauem Licht wird eine positive Spannung erzeugt, unter rotem Licht eine negative. Dadurch kann das System komplexe logische Operationen ausführen, für die normalerweise mehrere konventionelle Geräte erforderlich wären.
Um reale Anwendungen zu demonstrieren, nutzten die Forschenden ihr Gerät in einem sogenannten Physical Reservoir Computing Framework, um verschiedene menschliche Bewegungen zu erkennen, die in Rot, Grün und Blau aufgezeichnet wurden. Das System erreichte eine beeindruckende Genauigkeit von 82 %, als es 18 verschiedene Kombinationen aus Farben und Bewegungen klassifizierte – und das mit nur einem einzigen Gerät, statt der sonst üblichen Vielzahl an Fotodioden.
Die Auswirkungen 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 mit minimalem Batterieverbrauch überwachen. Für Unterhaltungselektronik könnte diese Technologie zu Smartphones und AR/VR-Headsets führen, die eine deutlich längere Akkulaufzeit bieten und dennoch anspruchsvolle visuelle Erkennung ermöglichen.
„Wir sind überzeugt, dass diese Technologie zur Realisierung von energieeffizienten maschinellen Sehsystemen beitragen wird, deren Farberkennungsfähigkeiten denen des menschlichen Auges nahekommen“, erklärt Dr. Ikuno. Dieser Durchbruch stellt einen bedeutenden Schritt dar, um effizientes Computer Vision in Edge-Geräte zu bringen und unsere Alltags-Technologie die Welt mehr so sehen zu lassen, wie wir es tun.